[发明专利]一种锂离子电池非水电解液及其应用

说明书

本发明提供一种锂离子电池非水电解液及其应用。所述锂离子电池非水电解液包括锂盐、非水溶剂和添加剂，所述添加剂包含环状结构的烯基硅氧烷化合物、降低阻抗添加剂和成膜添加剂。本发明利用在电解液中添加烯基硅氧烷化合物，并与其他添加剂复配使用时，能够在正极和负极电极材料表面均形成稳固的SEI膜，同时SEI膜具有优良的离子导通性能，降低了锂离子电池的阻抗和容量衰减的速度，并能够在高温存储环境下保持良好的容量保持率和恢复率以及较小的电池体积膨胀。

技术领域

本发明属于电池领域，具体涉及一种锂离子电池非水电解液及其应用。

背景技术

随着锂离子电池在生活，生产，储能及军工领域的广泛应用，电池的安全性能是推进其进一步发展的重要因素之一，很多锂离子电池尤其是软包电池在高温存储或高温充放电过程中容易短路，从而导致起火。锂离子电池在高温存储及充放电过程中容易起火的原因之一是锂枝晶刺破隔膜导致电池内部短路，瞬间在一定空间内积聚大量热量进而引燃隔膜。另一个原因是电池在高温环境下内部副反应增多，电解液分解产生气体，造成电池外壳破裂，导致金属锂与氧或水蒸汽反应，也能够引发火灾。此外，高温环境下由于固体电解质膜(Solid Electrolyte Interphase，SEI)易分解，因此过多锂离子参与到SEI膜的形成过程中，使得负极中脱嵌的锂离子减少，进而导致容量降低。

为了提高锂离子电池的电化学性能，许多研究人员利用在电解液中添加不同种类的添加剂来提升锂离子电池的性能，例如碳酸亚乙烯酯(Vinylene Carbonate，VC)和氟代碳酸乙烯酯(4-Fluoro-1,3-dioxolan-2-one，FEC)。然而，添加剂的加入会衍生新的问题，例如添加FEC后，在高温充放电过程中电池容易产生气体，导致电池发生鼓胀，因此需要平衡添加剂和电池电化学性能的关系。

CN108598461A公开了一种含有环磷酸硅氧烷添加剂的电解液，在充电过程中环磷酸硅氧烷添加剂能够在高镍正极材料表面形成稳定的固体电解质膜，抑制界面产气，从而进一步提高正极材料结构的稳定性。然而，虽然上述内容能够进一步降低固体电解质膜的阻抗，但锂离子电池的高温循环性能和容量保持率仍需进一步提高。

CN106030889A公开了一种二次电池的非水电解液，通过加入具有特定结构的环状碳酸酯添加剂，其不仅降低了初期不可逆容量，提高了二次电池的首次循环效率，还改善了二次电池的高温循环特性，但未涉及倍率性能。CN103493280A公开了一种含有环状磺酸酯的非水电解液，其能拓宽二次电池的使用温度范围，但是未涉及循环性能和倍率性能。

因此，在本领域中，期望开发一种针对锂离子电池具有良好的循环性能、高温存储性能和循环性能的非水电解液及综合性能优异的含有该非水电解液的锂离子电池。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种锂离子电池非水电解液及其应用。本发明利用在电解液中添加烯基硅氧烷化合物，并与其他添加剂复配使用时，能够在正极和负极电极材料表面均形成稳固的SEI膜，同时SEI膜具有优良的离子导通性能，降低了锂离子电池的阻抗和容量衰减的速度，并能够在高温存储环境下保持良好的容量保持率和恢复率以及较小的电池体积膨胀。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种锂离子电池非水电解液，所述锂离子电池非水电解液包括锂盐、非水溶剂和添加剂，所述添加剂包含具有式(1)所示的环状结构的烯基硅氧烷化合物、降低阻抗添加剂和成膜添加剂：

式(1)

其中R选自氢、卤素、氰基、取代或未取代的C1-C5的烷基、取代或未取代的C6-C30的芳基、酰胺基、磷酸酯基、磺酰基、硅氧基或硼酸酯基，n为2～10的整数。