[发明专利]一种适用于高镍正极材料和硅碳负极材料的锂离子电池电解液及其制备方法

说明书

本发明公开了一种适用于高镍正极材料和硅碳负极材料的锂离子电池电解液及其制备方法，属于锂离子电池电解液技术领域。本发明的技术方案要点为：锂离子电池电解液由有机溶剂、锂盐和添加剂组成，有机溶剂由碳酸脂类溶剂组成，锂盐由六氟磷酸锂LiPF₆与二氟草酸硼酸锂LiDFOB组成，添加剂由N,N'‑硫酰二咪唑SDI、氟代碳酸乙烯脂FEC和三(三甲基硅烷)亚磷酸酯TMSPi组成。本发明在锂离子电池首次充放电过程中，N,N'‑硫酰二咪唑SDI与氟代碳酸乙烯脂FEC在负极形成了良好的SEI膜，提高了电池的容量、循环性能和高温搁置性能。N,N'‑硫酰二咪唑SDI与三(三甲基硅烷)亚磷酸酯TMSPi在正极形成一层致密的钝化层，阻止了正极材料中过渡金属的溶出，提高正极材料的循环稳定性。

技术领域

本发明属于锂离子电池电解液技术领域，具体涉及一种适用于高镍正极材料和硅碳负极材料的锂离子电池电解液及其制备方法。

背景技术

锂离子电池因其具有能量密度高、功率密度高、循环寿命长、无记忆效应、安全可靠以及环境友好等优点，在便携式消费电子、电动工具、医疗电子等领域获得了广泛的应用。但近年来随着其应用领域对电池能量密度的需求飞速提高，迫切需要进一步提高其能量密度。

高镍正极材料一般指材料中镍的摩尔分数大于0.6的含镍正极材料，这样的材料具有高比容量和低成本的特点，但也存在容量保持率低和热稳定性差等缺点。硅基材料与碳复合形成的硅碳材料可达到380～500mAh/g，是最具潜力的下一代锂离子电池负极材料之一。但是硅基材料在锂离子的嵌入和脱出过程中，伴随着严重的体积变化，导致充放电过程中电极中的活性物质脱落、粉化等而影响其循环寿命。

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，但是在高温条件下电池的存储性能和循环性能不佳。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种适用于高镍正极材料和硅碳负极材料的锂离子电池电解液及其制备方法，该锂离子电池电解液有效降低了电池的内阻，提高了电池的容量，同时提升了电池的循环性能和高温存储性能。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种适用于高镍正极材料和硅碳负极材料的锂离子电池电解液，由有机溶剂、锂盐和添加剂组成，其特征在于：所述有机溶剂由碳酸脂类溶剂组成，占电解液总质量的70％～88％，锂盐由六氟磷酸锂LiPF₆与二氟草酸硼酸锂LiDFOB组成，占电解液总质量的11％～14％，添加剂由N,N'-硫酰二咪唑SDI、氟代碳酸乙烯脂FEC和三(三甲基硅烷)亚磷酸酯TMSPi组成，占电解液总质量的1％～16％。

优选的，所述有机溶剂为碳酸乙烯酯EC、碳酸甲乙酯EMC和碳酸二甲酯DMC的混合物，该有机溶剂中碳酸乙烯酯EC、碳酸甲乙酯EMC和碳酸二甲酯DMC的质量比为3:3:4。锂离子电池的溶剂一般需要具有高电导率、低粘度、高闪燃点和较高的稳定性等特点，这就要求溶剂的介电常数高，粘度小，现阶段常用的为碳酸酯系列。

优选的，所述锂盐为六氟磷酸锂LiPF₆与二氟草酸硼酸锂LiDFOB的混合物，其中LiPF₆占电解液总质量的10.9％～13％，LiDFOB占电解液总质量的0.1％～1％。

优选的，所述锂盐为六氟磷酸锂LiPF₆与二氟草酸硼酸锂LiDFOB的混合物，其中LiPF₆占电解液总质量的12.5％，LiDFOB占电解液总质量的0.5％。