[发明专利]一种适用于硅碳负极的锂离子电池电解液

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种适用于硅碳负极的锂离子电池电解液。

背景技术

作为新一代的绿色能源产品，锂离子电池发展迅速，在3C产品、储能、电动汽车等新能源行业有着广泛的应用和市场，随着锂离子电池的发展，高能量密度将是未来锂发展的趋势。目前，现有的锂离子电池负极材料多以石墨为主，石墨的最大理论比容量仅有372mAh/g，与钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰三元等正极材料配合，电池的能量密度提升有限，要追求更高能量密度则需要容量更高的正负极材料体系。纯硅基负极理论克容量可高4200mAh/g，但用作锂离子的负极，由于体积效应，电池膨胀、粉化十分严重，循环性能较差，于是，人们考虑将硅碳材料复合，形成硅碳负极材料，可以很大程度上提高材料的比容量，同时可以在一定程度上降低硅基材料的体积效应，而与硅碳负极材料相匹配的电解液也应运而生，成为锂电池电解液研究的热点，与石墨负极相比，由于硅存在体积效应，电池在循环过程中会出现体积膨胀，极片粉化从而导致电池容量衰减迅速，循环寿命差，与之匹配的电解液需要在一定程度上抑制硅的体积效应，从而保证硅碳负极良好的循环稳定。另外，也需要兼顾良好的高温性能，以满足高能量密度电池在高温条件下的应用。

中国专利公布号CN102324563A，公布日2012年1月18日，名称为锂离子电池电解液及锂离子电池，该申请案公开了锂离子电池电解液以及使用该电解液的锂离子电池，所述电解液各组分重量份分别为：锂盐10份，有机溶剂55-80份，添加剂0.4-2份；其中锂盐为六氟磷酸锂，有机溶剂为乙烯碳酸酯和二乙基碳酸酯，添加剂包括六甲基二硅胺烷。其不足之处在于，锂离子电池在高温环境下容量损失迅速，循环性能差。

发明内容

本发明的目的在于为了解决现有常规硅碳负极电池的电解液在电池循环过程中出现体积膨胀、极片粉化从而导致电池容量衰减迅速循环寿命较差的缺陷而提供一种满足硅碳负极电池循环稳定性及良好的高温性能、同时兼顾电池的高温性能，以满足高量密度电池的应用需求的适用于硅基负极的锂离子电池电解液。

为了实现上述目地，本发明采用以下技术方案：

一种适用于硅碳负极的锂离子电池电解液，所述的电解液包括电解质锂盐、有机溶剂及功能添加剂，锂盐为六氟磷酸锂与二氟草酸硼酸锂的混合物，有机溶剂为碳酸脂类溶剂与氟代碳酸乙烯酯的混合物，碳酸脂类与氟代碳酸乙烯酯类溶剂的比例为8.5-9:1.5-1。在本技术方案中，本发明旨在改善硅碳负极在循环过程中出现体积膨胀，极片粉化从而导致循环性能变差的问题以及兼顾电池的高温性能，分别从锂盐、溶剂体系及添加剂方面进行改善，在一定程度上抑制硅的体积膨胀，从而改善硅碳负极电池的循环稳定性。有效抑制硅的体积膨胀关键在于形成稳定、具有柔韧性的SEI膜，从而保证在电池的充放电过程中，SEI膜能够适应硅碳负极在充放电过程中的体积变化而不发生破裂，从而提高电池的循环稳定性。高温性能主要从锂盐、添加剂等方面进行合理优化，满足高能量密度电池在高温条件下的应用需求。

锂盐方面，由于六氟磷酸锂（LiPF6）的热稳定性较差，在较高温度下分解会产生五氟化磷（PF5），PF5遇水会产生HF，对硅产生一定的腐蚀，从而导致循环性能变差，本发明采用六氟磷酸锂与二氟草酸硼酸锂（LiODFB）混合使用，二氟草酸硼酸锂在高温下能有效抑制电解液中水分的产生，从而减少HF的含量，减少对硅的腐蚀，同时，LiODFB具有较好的成膜性能，能与硅碳负极形成稳定的SEI膜，在一定程度上抑制硅碳负极的体积效应。

作为优选，所述的功能添加剂包括SEI修饰剂，HF酸吸附剂及正极成膜剂。

作为优选，所述锂盐的浓度为0.9-1.3mol/L。

作为优选，所述的碳酸酯类溶剂选自碳酸乙烯酯（EC）、碳酸丙烯酯（PC）、碳酸二乙（DEC），碳酸二甲酯（DMC）、碳酸甲乙酯（EMC）中的两种以上，氟代溶剂为氟代碳酸乙烯酯（FEC）。在本技术方案中，FEC通常作为成膜添加剂使用，使用量通常小于5wt%，可有效提高电池的循环及低温性能；本发明作为溶剂使用，提高了FEC的使用量，FEC可以优先其他碳酸脂类溶剂与硅碳负极形成稳定致密的SEI膜，保证硅碳负极在反复充放电过程中SEI膜不发生破裂，从而保持良好的循环稳定性。