[发明专利]一种适配硅碳负极的电解液及锂离子电池

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种适配硅碳负极的电解液及锂离子电池，该电解液包括电解质锂盐、非水性有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括具有式Ⅰ结构的化合物添加剂A、具有式Ⅱ结构的化合物添加剂B、成膜添加剂C和锂盐添加剂D。相比于现有技术，本发明提供的适配硅碳负极锂离子电池电解液，通过添加剂A、添加剂B、添加剂C以及添加剂D的协同作用，电解液在硅碳负极电极表面成膜性能优良，使得硅碳负极锂离子电池循环性能和高温存储性能等均得到有效的改善，很好地解决了现有技术硅碳负极电池充放电过程中出现的体积膨胀和循环跳水等问题。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种适配硅碳负极的电解液及锂离子电池。

背景技术

为了满足便携式电子设备和新能源动力汽车对锂离子电池高能量密度和高功率密度不断增长的需求，开发具有高能量密度的电池体系势在必行。硅由于其高的比容量(3579mAh·g^-1)和低的工作电压平台(相对于Li/Li⁺为0.1-0.5V)，并且储备丰富，是下一代较有希望的锂离子电池负极材料。然而，硅负极在充放电过程中，硅的体积膨胀(>300％)会导致严重的颗粒粉碎和固体电解质中间相层的破坏，从而导致电池容量衰减和循环性能变差。于是，人们考虑将硅碳材料复合使用，在一定程度上提高材料比容量的同时，也可以在一定程度上降低硅基材料的体积效应。

导致硅碳负极容量衰减的另一个重要原因是电解液中LiPF₆分解产生微量HF对硅造成的腐蚀；此外，由于硅碳负极在常规的电解液体系中难以形成机械稳定的SEI膜，伴随着电极结构的破坏，在暴露出的硅表面不断形成新的SEI膜，加剧了硅的腐蚀和电池的容量衰减。

电解液在解决硅碳锂离子电池循环寿命和电池充放电过程的体积膨胀中占有重要的位置。常规负极成膜添加剂氟代碳酸乙烯酯(FEC)可以在负极表面形成均匀、稳定且较薄的SEI膜，是目前硅碳负极锂离子电池广泛使用的辅助溶剂之一，由于其对循环可逆性具有积极显著的影响，已成为硅碳负极材料的标准型添加剂。但由于硅碳负极材料的特殊性，通常需要使用大量的FEC，而FEC在高温环境下容易分解产气，其分解产物HF酸会破坏正极活性材料的结构稳定性，导致正极过渡金属离子溶出，加速电解液分解产气从而劣化高温存储性能。

针对硅碳材料体积膨胀大导致的界面稳定性差的问题，如何形成稳定的SEI膜对于提升硅碳负极的循环寿命具有重要的影响，而添加剂是优化SEI膜成分，提升SEI膜机械稳定性的关键。有鉴于此，确有必要开发一种适配于硅碳负极材料的电解液及提高电解液电化学稳定性的添加剂，结合电解液不良分解产物HF酸并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、高温存储性能并抑制产气。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，本发明结合不同组分电解液添加剂的优点，并利用不同添加剂之间的协同作用，提供一种适配硅碳负极的电解液，该电解液能够有效改善硅碳负极锂离子电池的循环稳定性、高温存储性能并抑制产气，解决电池充放电过程中出现的体积膨胀、极片粉化等问题，同时兼顾电池的高低温性能。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种适配硅碳负极的电解液，包括电解质锂盐、非水性有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括具有式Ⅰ结构的化合物添加剂A、具有式Ⅱ结构的化合物添加剂B、成膜添加剂C和锂盐添加剂D；

其中，R₁，R₂，R₃各自独立地选自1-5个碳原子的烷基或其取代物；R₄，R₅各自独立地选自氢原子、氟原子、烷基、烯烃基和烷氧基中的任意一种；