[发明专利]锂离子电池电解液及其制备方法和含有其的锂离子电池

说明书

本发明提供了一种锂离子电池电解液及其制备方法和含有其的锂离子电池。所述电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、锂盐添加剂、含硫添加剂和添加剂A，所述添加剂A如式1所示，式1，其中，R₁、R₂和R₃分别独立地包括氢、烷基、烷氧基、烯丙基、丙腈基或膦酸锂基中的任意一种，添加剂A中膦酸锂基团数量≤1。本发明制备的锂离子电池电解液可以减缓FEC热不稳定带来的负面影响，解决硅负极高温存储性能差的问题。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种锂离子电池电解液及其制备方法和含有其的锂离子电池。

背景技术

硅理论比容量高达4200mAh/g，是一种非常有前景的锂离子电池负极材料。硅在完全嵌锂状态下膨胀收缩高达300％以上，引起SEI膜破裂-再生-破裂。这会加速电解液消耗，造成材料颗粒粉化和脱落，恶化其电性能。为了减缓这一情况，电解液中常加入大量氟代碳酸乙烯酯(FEC)。但FEC热不稳定，高温下会与LiPF₆、EC等发生反应，导致电解液酸度上升，产气量高，恶化高温存储。

因此，为了减缓FEC热不稳定带来的负面影响，解决硅负极高温存储性能差的问题，本领域人员做了很多研究。

CN108598574A公开了一种锂离子电池电解液及含有该电解液的锂离子电池，通过添加桥环酸酐类添加剂和氟代碳酸乙烯酯添加剂联合使用，产生协同效果，既提升了高镍体系的高温性能又不影响电池的容量发挥。酸酐类添加剂在受热的情况下，会引起脱二氧化碳反应，使得电池内部增加，最后导致电池的寿命降低。

CN112467221A公开了一种抑制硅负极膨胀的添加剂以及含有该添加剂的电解液，提供含有双键的抑制硅负极膨胀的化合物添加剂，可以在硅负极表面发生聚合反应，形成稳定的保护膜，来提高硅负极/电解液界面的稳定性，从而改善硅负极材料的粉化现象从而提高电池的高温储存性能。但是双键不稳定，容易发生其他的副反应，导致电池的电化学性能变差。

如何制备一种减缓FEC热不稳定带来的负面影响，解决硅负极高温存储性能差问题的锂离子电池电解液，是本领域重要的研究方向。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种减缓FEC热不稳定带来的负面影响，解决硅负极高温存储性能差问题的锂离子电池电解液及其制备方法和含有其的锂离子电池。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的目的之一在于提供一种锂离子电池电解液，所述电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、锂盐添加剂、含硫添加剂和添加剂A，所述添加剂A如式1所示：

其中，R₁、R₂和R₃分别独立地包括氢、烷基、烷氧基、烯丙基、丙腈基或膦酸锂基中的任意一种，添加剂A中膦酸锂基团数量≤1。

所述锂盐包括LiPF₆和/或LiFSI。

本发明电解液中，碳酸亚乙烯酯在负极成膜，氟代碳酸乙烯酯在负极成膜，能减缓硅材料膨胀收缩而引起的SEI膜损坏；锂盐添加剂具有正、负极成膜的作用，生成的SEI膜较为致密，可抑制正极金属离子溶出，减弱金属离子对负极SEI膜的破坏，提高成膜的热稳定性；含硫添加剂在正、负极辅助成膜，且热稳定性较高；新型锂盐添加剂A结构中C-P键遇HF会断键、随后发生聚合反应，生成Li₂PO₃F和poly(C-COLi)，其中poly(C-COLi)弹性高，能减缓SEI膜在膨胀收缩过程中的损坏。所以，新型锂盐添加剂A能起到除酸、稳定负极界面的功能，有效提高硅负极的高温循环、存储性能。