[发明专利]一种组合式电解液及含有该组合式电解液的高比能硅基锂离子电池

说明书

本发明公开了一种组合式电解液及含有该组合式电解液的高比能硅基锂离子电池，所述组合式电解液是由组分A、组分B和组分C组成，所述组分A为含有负极成膜添加剂的电解液，组分B为含有正极成膜添加剂的电解液，组分C为含有安全性添加剂的电解液；所述组分A、组分B和组分C是依次分别注入电池本体中的。本发明中的组合式电解液可以针对化成时正、负极材料的不同成膜特性以及使用过程中对电解液安全性进行不同的电解液添加剂组成设计，避免了正、负极成膜添加剂在成膜过程中的相互干扰，同时也避免了安全性添加剂对添加剂成膜过程和电化学性能的负面影响，从而使得高比能硅基电池在安全性改善的同时表现出更优异的容量和循环等电化学性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种组合式电解液及含有该组合式电解液的高比能硅基锂离子电池。

背景技术

随着动力锂离子电池的广泛应用，对其能量密度、循环寿命和安全性能都提出了越来越高的要求，需要不断发展新的高能量密度电池体系。三元正极材料以及硅基负极材料由于极高的克容量以及相互匹配后更高的工作电压平台，已经成为下一代新型高比能电池体系的最佳选择。然而为了克服电极材料的结构不稳定性尤其是硅基负极膨胀问题，以及在电极表面形成更好的固态电解质界面，实现高比能硅基电池综合性能提升，必须开发与之匹配的高比能硅基锂离子电池电解液，该电解液通常含有正极成膜添加剂、负极成膜添加剂以及防过充、阻燃安全性添加剂等多种添加剂。但不同的添加剂之间除了存在协同作用之外，也可能存在相互干扰和制约，例如硫酸酯、磺酸酯类正极成膜添加剂虽然能够有效抑制三元正极材料金属离子溶出，但是同时在硅基负极表面成膜阻抗较高；磷酸酯类阻燃添加虽然可以有效减低电解液可燃性，从而降低了安全隐患，但同时对正、负极成膜反应产生负面影响，使得电池首效和循环性能降低。

目前为了实现高比能硅基锂离子电池综合性能的提升，避免不同电解液添加剂之间的相互干扰，一方面是大量筛选寻找具有高度反应选择性的添加剂，另一方面是不断优化不同电解液之间的组合方式和用量。但目前均没取得成果。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提出一种组合式电解液及含有该组合式电解液的高比能硅基锂离子电池。

与现有技术相比，本发明的技术方案是：

一种高比能硅基锂离子电池的组合式电解液，所述组合式电解液是由组分A、组分B和组分C组成，所述组分A为含有负极成膜添加剂的电解液，组分B为含有正极成膜添加剂的电解液，组分C为含有安全性添加剂的电解液；所述组分A、组分B和组分C是依次分别注入电池本体中的。

进一步方案，所述组分A是在电池一次化成阶段前注入，组分B是在电池二次化成阶段前注入，组分C是在电池二次化成阶段结束后注入的。

更进一步方案，所述一次化成和二次化成均是以0.02C倍率恒流充电至3.8V，再以0.02C放电至2.8V。

进一步方案，所述负极成膜添加剂为氟代碳酸乙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯脂、丁二酸酐中的至少一种；所述正极成膜添加剂为三甲基硅烷亚磷酸酯、三甲基硅烷磷酸酯、三甲基硅烷硼酸酯、己二腈、环丁砜中的至少一种；所述安全性添加剂为中联苯、环己基苯、二茂铁、三氟代甲基磷酸酯、六氟环三磷腈中的至少一种。

进一步方案，所述组分A、组分B和组分C中均含有等量的锂盐和溶剂，其中锂盐为六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂中的至少一种组成；溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯中至少两种组成。

更进一步方案，所述组合式电解液中锂盐的质量分数为10-20％、溶剂的质量分数为70-85％。

本发明的另一个发明目的是提供一种含上述组合式电解液的高比能硅基锂离子电池。