[发明专利]一种适用于硅碳负极且耐高电压的锂离子电池电解液

说明书

本发明公开了一种适用于硅碳负极且耐高电压的锂离子电池电解液，属于锂离子电池电解液领域。所述锂离子电池电解液包含有机溶剂、锂盐和添加剂，所述添加剂包括负极成膜添加剂、HF酸吸附剂和高电压添加剂，功能性锂盐、成膜添加剂FEC和1,3丙二醇环硫酸酯产生协同效应，共同参与形成SEI膜，由于SEI膜组成和结构发生改变，生成更加稳定的成分防止了负极材料膨胀、剥离，从而提高了电池的循环寿命。HF酸吸附剂有效减少了电解液中HF酸的含量，抑制了HF酸对硅的腐蚀；三(三甲基硅烷)磷酸酯相对碳酸酯溶剂可以优先氧化，参与正极表面成膜，可以有效抑制电解液的分解和正极材料的溶解，改善锂离子电池在高电压下的循环性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池电解液领域，具体涉及一种适用于硅碳负极且耐高电压的锂离子电池电解液。

背景技术

现代社会对能源日益增长的需求促使开发有效存储电能装置，这就意味着需要一种高能量密度、高功率密度、长寿命和最低生产/处理成本的电池系统。在过去的十年中，许多不同的电池系统，如镍氢电池、钠硫电池和锂离子电池有望成为电动车的电池系统。其中，锂离子电池被认为最有前途的。

目前，为了得到高能量密度的锂离子电池，主要是通过选择高容量、高压实的正负极活性物质以及提高正极活性材料充电截止电压。负极方面，现有的锂离子电池多以石墨为主，其克容量理论值只有372mAhg^-1，是制约锂离子电池能量密度的一个重要因素；纯硅基负极理论克容量高达4200mAhg^-1，但用作锂离子电池负极，由于体积效应，电池膨胀、粉化十分严重，循环性能差。于是，人们考虑将硅碳材料复合，形成硅碳负极材料，可以很大程度上提高材料的比容量，同时可以在一定程度上降低硅基材料的体积效应。

导致硅负极容量衰减的还有一个重要原因是电解液中LiPF₆分解产生微量HF对硅造成腐蚀，此外由于硅负极在常规的LiPF₆电解液中难以形成稳定的固体电解质界面(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，加剧了硅的腐蚀和容量衰减。

在锂离子电池的性能和稳定性方面，电解液一直居于中心位置。因此，开发适用于锂离子电池硅负极的电解液技术是其产业化发展的必然要求，而目前的研究往往只注重硅碳的特性忽略了高电压正极材料的特性。传统的锂离子电池用碳酸酯类电解液，其工作电压范围为3.2-3.8V，稳定的充电电压约为4.3V。在高电压下电解液会不稳定发生分解，导致锂离子电池循环寿命减少，安全性能降低。

目前常用的解决措施主要有开发较高电化学稳定窗口的溶剂和添加提高电解液电化学稳定性的添加剂，从而抑制电解液与电极材料的相互作用，或隔绝电解液与电极材料的直接接触。如氟代碳酸乙烯酯(FEC)，具有良好的成膜性能和耐氧化性，添加到电解液中可有效改善电池循环性能，但是在高温条件下FEC容易分解，其分解产物HF酸会破坏正极晶体结构，导致活性材料中金属离子溶出，加速电解液分解产气和劣化电池高温储性能。

发明内容

本发明提供了一种适用于硅碳负极且耐高电压的锂离子电池电解液，以改善硅碳负极电池的循环寿命和充放电过程中的体积膨胀现象，同时兼顾提升高电压电池的循环性能和高温性能。

一种适用于硅碳负极且耐高电压的锂离子电池电解液，包含有机溶剂、锂盐和添加剂，所述添加剂包括负极成膜添加剂、HF酸吸附剂和高电压添加剂，所述负极成膜添加剂为硫酸酯类化合物和氟代碳酸乙烯酯的混合物，占电解液总质量的5～15％；所述HF酸吸附剂为二烯丙基焦碳酸酯和/或六甲基二硅胺基锂，占电解液总质量的0.05～2％；所述高电压添加剂为三(三甲基硅烷)磷酸酯，占电解液总质量的0.5～3％。