[发明专利]一种电解液、制备方法及包含其的锂离子电池

说明书

本发明涉及一种电解液、制备方法及包含其的锂离子电池，所述电解液为非水系的锂离子电池电解液，其含有混合溶剂、含氟添加剂和锂盐；所述溶剂包括第一溶剂和第二溶剂；所述第一溶剂对锂离子的溶剂化能力相对强度不低于1.8；所述第二溶剂对隔膜的接触角小于90°。本申请提供的电解液一方面提高SEI膜的机械性能，使之能够适应于硅负极材料的体积膨胀，并具有一定的弹性形变，使SEI膜更不容易破裂，且具有一定的收缩；另一方面，通过配合第二溶剂提高所述电解液与隔膜的浸润性，避免传质受阻，降低阻抗；两方面相互配合，提高了电池的电学性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种非水系锂离子电池的电解液、制备方法及包含其的锂离子电池。

背景技术

发展高能量密度、长循环寿命以及低成本的锂离子电池具有重要的实用价值。使用石墨负极材料的锂离子电池在当前的消费电子产品以及电动汽车领域占有举足轻重的市场地位。随着这些应用的不断深入以及社会需求的升级，人们对锂离子电池的各方面，尤其是能量密度提出了更高的要求。

人们提出使用更高理论比容量的硅基负极材料代替传统石墨负极材料（常温下硅的理论容量为3579mAh/g，而石墨为372mAh/g），但硅基负极材料的电导率较低，并面临严重的体积膨胀问题。硅基负极材料的体积膨胀一方面导致负极活性材料与集流体之间的接触变差，另一方面也会造成负极表面的固体电解质层（SEI）在合金化膨胀的过程中发生破裂与再生长，致使库伦效率降低，严重降低了硅基负极电池的循环性能。

对于硅负极的锂离子电池，使用的电解液主体溶剂大多数沿用自石墨基负极的碳酸酯电解液，例如以碳酸乙烯酯（EC）为主体的电解液所形成的SEI完全无法适应硅基负极的体积膨胀，性能迅速衰减。现有技术以氟代碳酸乙烯酯等含氟物质为添加剂加入碳酸酯电解液，可以一定程度上改善传统酯类电解质对硅负极的兼容性，但仍然无法满足实用化的需求。

本领域需要开发一种能够适应并缓解硅负极的上述问题的电解液，以提高硅负极的电学性能。

发明内容

针对现有技术的不足，本申请目的之一是提供一种非水系的锂离子电池电解液，所述电解液含有混合溶剂、含氟添加剂和锂盐；所述溶剂包括第一溶剂和第二溶剂；

所述第一溶剂对锂离子的溶剂化能力相对强度不低于1.8；

所述第二溶剂对隔膜的接触角小于90°，优选所述第二溶剂对隔膜的接触角为0~10°，更优选0~5°，最优选0~3°。

需要说明的是，所述对锂离子的溶剂化能力相对强度的测定方法为扩散有序核磁光谱，具体为使用所述扩散有序核磁光谱测定含有锂盐的待测溶剂与碳酸甲乙酯1:1混合溶液中，待测溶剂分子中参与锂离子溶剂化的分子在对应的第一溶剂分子总体中所占比例P，以及碳酸甲乙酯分子中参与锂离子溶剂化的分子在碳酸甲乙酯分子总体中所占比例为Q，将所述电解液的溶剂化能力相对强度定义为P/Q。

所述对隔膜的接触角的测定方法示例性地为：在水平平整隔膜表面上滴加一滴第二溶剂后，形成的固-液-气三相交界点处，气-液界面和固-液界面两切线把液相夹在其中时所成的角。

本发明提供的非水系锂离子电池的电解液中，第一溶剂和第二溶剂相互配合，能够使得所述电解液适合于硅基负极的锂离子电池，在充放电过程中，形成的SEI膜既能够具有一定的弹性适应于硅的体积膨胀，又能够具有一定的韧性不至于在硅的体积膨胀过程中导致SEI膜的破损。推测其过程为：在充放电过程形成的SEI膜中，第一溶剂能够有效将包含烷基锂在内的小分子有机物等溶出而保留具有弹性的聚合物，从而释放出空位，而含氟添加剂能够形成机械强度更高、电化学更加稳定的氟化锂来填充所述空位；同时第二溶剂能够有效将第一溶剂、含氟添加剂和锂盐分散，并且有效对隔膜进行浸润，避免传质受阻，电池阻抗过大，以致无法运行。

优选地，所述第一溶剂包括含有3~5个碳原子的内酯类化合物中的任意一种或至少两种的组合。