[发明专利]一种适配硅碳材料的锂离子电池电解液及其应用

说明书

本发明公开了一种适配硅碳材料的锂离子电池电解液及其应用。这种适配硅碳材料的锂离子电池电解液，包括电解质锂盐、有机溶剂和功能添加剂，功能添加剂的结构式为同时也公开了这种电解液的制备方法，还公开了一种含有该适配硅碳材料锂离子电池电解液的硅碳负极锂离子电池。本发明使用含噻吩及硼酸双功能官能团组成作为适配硅碳材料的电解液添加剂，由于该添加剂具有较高的还原电位，能够在首次充放电过程中，优先于溶剂组分还原，改善硅碳材料与电解液的界面组成，从而稳定电极/电解液界面，抑制电极表面反应活性，同时避免电极在充放电过程中与电解液接触，抑制了电解液组分分解。含有该添加剂的硅碳负极锂离子电池具备更好的循环性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种适配硅碳材料的锂离子电池电解液及其应用。

背景技术

从便携式电子设备，新能源汽车，大型储能设备，锂离子电池已经广泛应用于人们生活的方方面面。锂离子电池广泛采用过渡金属锂氧化物作为正极，石墨作为负极材料。然而，现有的体系锂离子电池能量密度越来越难以满足人们的使用需求，智能手机一日一充，电动汽车里程焦虑等等矛盾十分严峻，能量密度制约着锂电池的发展。为了更好的满足人们的使用需求，使用更高比容量的原材料无疑是最直接有效的解决办法。硅碳材料正是在此基础上发展而来，利用硅高比容量的优点，结合石墨的长循环稳定性，制得的硅碳负极材料兼具二者优势，是下一代高能量密度锂离子电池的负极最佳候选材料。

然而，高容量的硅碳材料在实际应用过程中，随着锂离子的嵌入，硅较大的体积膨胀破坏了电极/电解液界面稳定性，电池循环寿命较差。为了提高硅碳材料的循环稳定性，广大研究者相继开发了材料包覆，结构设计以及电解液添加剂等等解决措施，在种类繁多的解决方案中，电解液添加剂是最直接高效的解决方案之一。在电解液中添加剂合适的成膜添加剂能有效的保护材料，抑制电解液的分解从而延长电池的循环寿命。

发明内容

本发明的目的在于克服硅碳负极材料在循环的过程中电极/电解液界面性质不稳定，循环性能较差的问题，从而提供一种适配硅碳材料的锂离子电池电解液及其应用，通过改善硅碳材料与电解液界面性质进而提高电池的循环性能。

本发明所采取的技术方案是：

一种适配硅碳材料的锂离子电池电解液，包括电解质锂盐、有机溶剂和功能添加剂，所述的功能添加剂结构式如式(1)所示：

电解液中，电解质锂盐的浓度为0.8mol/L～1.2mol/L，功能添加剂的质量百分比为0.1％～5％。

电解质锂盐为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、六氟砷酸锂、氟代烷基磷酸锂、氟代烷基磺酸锂、磺酰亚胺类锂盐、硼酸锂配合物、磷酸锂配合物中的至少一种。

电解液中，有机溶剂为环状碳酸酯溶剂和线型碳酸酯溶剂以质量比1：(3～0.5)组成的混合溶剂。

有机溶剂中，环状碳酸酯溶剂为碳酸乙烯酯；线型碳酸酯溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、γ-丁内酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丁酯中的至少一种。

电解液中，还包括占电解液质量百分比0～10％的辅助添加剂。

辅助添加剂为碳酸亚乙烯酯、1,3-丙磺酸内酯、氟代碳酸乙烯酯、氟代碳酸丙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、1,4-丁磺酸内酯、三(三甲基)硅烷硼酸酯、硫酸乙烯酯、丙磺酸亚乙烯酯、硫酸丙烯酯、亚硫酸丙烯酯中的至少一种。

这种适配硅碳材料的锂离子电池电解液的制备方法，包括以下步骤：

1)将环状碳酸酯溶剂和线型碳酸酯溶剂混合，纯化，得到有机溶剂；

2)在室温条件下，将电解质锂盐、功能添加剂、辅助添加剂和步骤1)得到的有机溶剂混合搅拌，得到上述的适配硅碳材料的锂离子电池电解液。