[发明专利]一种高镍材料为正极、硅碳材料为负极的锂离子电池及其电解液

说明书

本发明公开一种高镍材料为正极、硅碳材料为负极的锂离子电池及其电解液，所述锂离子电池电解液包括非水有机溶剂、锂盐和添加剂，其中，所述添加剂包括环状酸酐类化合物、环三磷腈类化合物以及三烯丙基磷酸酯。通过环状酸酐类化合物、环三磷腈类化合物以及三烯丙基磷酸酯这三种添加剂的协同作用，使采用所述锂离子电池电解液制备的锂离子电池，具有优良的长期循环性能以及高温性能。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，特别涉及一种高镍材料为正极、硅碳材料为 负极的锂离子电池及其电解液。

背景技术

对于锂离子电池的负极材料而言，最为常见的是碳材料，其理论比容量 为372mAh/g，具有非常明显的充放电平台以及较高的可逆容量和充放电效率； 后期出于对提高锂离子电池比容量的需求，又开发出来硅负极材料，其理论 比容量为3572mAh/g，具有比容量高、工作电压低和储量丰富等优点，但是 硅在锂脱嵌过程中存在晶相的转变并伴随着剧烈的体积变化(大于300％)， 导致颗粒发生粉碎而使得循环稳定性较差。研究发现，硅的复合化，例如硅 碳复合负极材料，能够很好的解决上述问题，同时也可以充分利用其高容量 的性质。

对于硅碳负极材料，现有技术中与之匹配的锂离子电池电解液，通过添 加剂的使用改善硅碳负极的性能，使短期电池循环效果明显，但是在经过长 期高温循环后，由于硅基负极材料体积的反复膨胀，锂离子电池中的SEI膜 (solid electrolyte interface，SEI膜，即为液态锂离子电池首次充放电过程中， 电极材料与电解液在固液相界面上反应形成的一层覆盖于电极材料表面的钝 化层，能有效阻止溶剂分子的通过，但是锂离子可以经过该钝化层自由地嵌 入和脱出)，可能会发生龟裂，而暴露硅基负极材料活性位点，重复形成SEI 膜，导致电池容量降低、阻抗增加，循环性能进一步恶化，同时电池的高温 工作环境也会加剧此恶化。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种高镍材料为正极、硅碳材料为负极的锂离 子电池及其电解液，旨在并改善锂离子电池的长期循环性能。

为实现上述目的，本发明提出的一种锂离子电池电解液，包括非水有机 溶剂、锂盐和添加剂，其中，所述添加剂包括环状酸酐类化合物、环三磷腈 类化合物以及三烯丙基磷酸酯。

优选地，所述环状酸酐类化合物的添加量为所述锂离子电池电解液总质 量的0.5～2％；

所述环三磷腈类化合物的添加量为所述锂离子电池电解液总质量的 0.2～1％；

所述三烯丙基磷酸酯的添加量为所述锂离子电池电解液总质量的 0.05～0.2％。

优选地，所述环三磷腈类化合物为具有结构式(1)所示结构的化合物：

其中，R¹至R⁶为具有结构(2)所示结构的官能团：

-O-R⁷

(2)

其中，R⁷为烷基及其取代物、苯基及其取代物中的任意一种。

优选地，所述环状酸酐类化合物包括丁二酸酐、顺丁烯二酸酐、宁康酸 酐、柠檬酸酐以及全氟戊二酸酐中的至少一种。

优选地，所述添加剂还包括氟代碳酸乙烯酯和硫酸酯类化合物；

所述氟代碳酸乙烯酯的添加量为所述锂离子电池电解液总质量的 5～20％，所述硫酸酯类化合物的添加量为所述锂离子电池电解液总质量的 1～5％。

优选地，所述硫酸酯类化合物包括1,3-丙烷磺酸内脂、硫酸乙烯酯、1,3- 丙烯磺酸内酯、1,4-丁磺酸内酯以及4-甲基亚硫酸乙烯酯中的至少一种。