[发明专利]一种适用于硅碳负极的电解液及包含该电解液的锂离子电池

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及适用于硅碳负极的电解液及包含该电解液的锂离子电池。本发明所述电解液包含电解质锂盐、非水有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括负极成膜添加剂、具有式Ⅰ结构的氟代苯基异氰酸酯类化合物添加剂和具有式Ⅱ结构的二硅氮基类化合物添加剂。与现有技术相比，本发明通过多种添加剂联合使用所产生的协同效应，有效改善硅碳负极锂离子电池的实际放电能力、循环稳定性、高温存储性能并抑制产气，很好地解决了电池充放电过程中出现的体积膨胀、极片粉化等问题，同时兼具较好的高低温性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种适用于硅碳负极的电解液及包含该电解液的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池由于具有高比能量、无记忆效应、循环寿命长等优点被广泛应用于3C数码、电动工具、航天、储能、动力汽车等领域，电子信息技术及消费产品的快速发展对锂离子电池能量密度性能提出了更高的要求。目前，商业化的锂离子电池主要是以石墨为负极材料，但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达4200mAh/g，但硅负极材料在脱嵌锂过程中不断的收缩膨胀造成颗粒的破碎，导致循环过程容量不断下降，并且伴随着300％以上的体积膨胀效应。同时，硅负极上不稳定的SEI膜在循环过程中逐渐增厚，极化增大，且造成较大的机械应力，使电极结构进一步破坏。

为解决上述问题，将硅碳复合形成硅碳负极材料，在提高材料比容量的同时，也可在一定程度上降低硅基负极材料的体积效应。因此，开发与之相匹配的电解液是产业化发展的必然需求。对于硅碳负极材料电解液的开发目前主要集中在解决电池循环过程中的体积膨胀和循环稳定性问题。常规电解液体系在硅碳负极表面形成的SEI膜不稳定，很容易由于充放电过程中的体积效应问题而发生SEI破损与脱落，导致电池容量迅速衰减。有鉴于此，确有必要开发一种适用于硅碳负极材料的电解液及其添加剂，在一定程度上抑制硅的体积效应，保证硅碳负极材料锂离子电池良好的循环稳定性，同时兼顾较好的高低温性能。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种适用于硅碳负极的电解液，该电解液能够有效改善硅碳负极锂离子电池的实际放电能力、循环稳定性、高温存储性能并抑制产气，并且可有效解决电池充放电过程中出现的体积膨胀、极片粉化等问题，同时兼具良好的高低温性能。

为了实现上述目的，本发明适用于硅碳负极的电解液包含电解质锂盐、非水有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括负极成膜添加剂、具有式Ⅰ结构的氟代苯基异氰酸酯类化合物添加剂和具有式Ⅱ结构的二硅氮基类化合物添加剂，其中，所述具有式Ⅰ结构的氟代苯基异氰酸酯类化合物添加剂通式如下：

其中，R₁-R₅分别选自氢原子、氟原子、碳含量大于等于1的烷基、烯烃基、烷氧基或芳香基中的任意一种，且R₁-R₅中至少有一个被氟原子取代；

所述具有式Ⅱ结构的二硅氮基类化合物添加剂通式如下：

其中，X₁-X₆各自独立的选自1-5个碳原子的烷基或其取代物，M为Li或H中的任意一种。

优选地，所述具有式Ⅰ结构的氟代苯基异氰酸酯类化合物的含量占电解液总质量的0.5～5.0wt％；所述具有式Ⅱ结构的二硅氮基类化合物的含量占电解液总质量的0.1～1.0wt％。

进一步优选地，所述具有式Ⅰ结构的氟代苯基异氰酸酯类化合物选自A₁-A₅中的一种或多种：