[发明专利]一种匹配硅碳负极材料锂离子电池的电解液

说明书

本发明公开了一种匹配硅碳负极材料锂离子电池的电解液，包括电解质锂盐、非水有机溶剂和添加剂，其中电解质锂盐包括六氟磷酸锂和二氟硫酸硼酸锂，添加剂包括负极成膜添加剂五氟苯基异氰酸酯和正极成膜添加剂4‑三甲基硅烷氧基‑3‑戊烯‑2‑酮类化合物。本发明提供的锂离子电池电解液通过混合锂盐和多种添加剂联合使用产生的协同效应，可有效改善硅碳电池在高电压下的常温循环、高温循环和高温储存性能。

技术领域

本发明属于锂离子动力电池电解液技术领域，具体涉及一种匹配硅碳负极材料锂离子电池的电解液。

背景技术

尽管商业化的可充电锂离子电池已广泛应用于消费电子产品，并在电动汽车和可再生能源存储系统的大规模应用中变得流行，但它们的能量密度仍然不能满足日益增长的需求。通过采用具有更高理论比容量或更高工作电压的先进电极材料，可促进下一代高能量密度锂离子电池的发展。

硅碳负极凭借着高容量的优势成为了目前最为成功的高容量负极材料，其应用也变得日渐普遍，但是硅碳负极材料在嵌锂过程中体积膨胀较大，不仅会导致颗粒粉化、破碎，也会对电极的导电网络产生破坏，同时还会对负极表面的固体电解质界面膜(SEI膜)造成破坏，引起新鲜的电极表面裸露，从而导致SEI膜持续的生长，不断消耗电池中的活性锂离子，最终导致电池容量急剧衰减。正极材料方面，通过提高LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂的充电电压来获得更多的比容量，这也使得电解液在该材料表面更容易被氧化，从而在循环和高温存储过程中导致了锂离子电池阻抗快速增加，严重影响了电池的循环寿命以及电池的安全性能。

针对上述问题，开发匹配硅碳负极材料的电解液所使用的添加剂需要在负极端形成稳定的SEI膜，能够抑制碳酸酯溶剂的分解，减少电池产气；另外，功能性添加剂能够在正极侧形成均一紧密的钝化膜(CEI膜)，减弱了过渡金属离子的溶解和正极材料的破坏。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种匹配硅碳负极材料锂离子电池的电解液，该电解液中各组分之间协同作用使得锂离子电池在高压条件下具有良好的常温、高温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，一种匹配硅碳负极材料锂离子电池的电解液，其特征在于包括电解质锂盐、非水有机溶剂和添加剂，其中电解质锂盐包括六氟磷酸锂(LiPF₆)和二氟硫酸硼酸锂(LiBSO₄F₂)，添加剂包括负极成膜添加剂五 氟苯基异氰酸酯(PFPI)和正极成膜添加剂4-三甲基硅烷氧基-3-戊烯-2-酮类化合物，所述正极成膜添加剂4-三甲基硅烷氧基-3-戊烯-2-酮类化合物的结构通式如下：

其中，R₁-R₆分别选自氢原子或氟原子中的任意一种。

进一步优选，所述正极成膜添加剂4-三甲基硅烷氧基-3-戊烯-2-酮类化合物选自4-三甲基硅烷氧基-3-戊烯-2-酮或1,1,1,5,5,5-六氟-4-(三甲基硅氧基)-3-戊烯-2-酮中的一种或多种。

进一步优选，所述正极成膜添加剂4-三甲基硅烷氧基-3-戊烯-2-酮类化合物的质量占电解液总质量的0.3％～2％，负极成膜添加剂五 氟苯基异氰酸酯的质量占电解液总质量的 1％～5％，电解质锂盐中六氟磷酸锂的质量占电解液总质量的12.5％，电解质锂盐中二氟硫酸硼酸锂的质量占电解液总质量的0.5％～1.5％，余量为非水有机溶剂。

进一步优选，所述非水有机溶剂包括碳酸二乙酯(DEC)、碳酸乙烯酯(EC)和碳酸甲乙酯(EMC)，其中碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯和碳酸甲乙酯的质量比为1:1:1。

本发明所述的锂离子动力电池，其特征在于：该锂离子动力电池包括上述匹配硅碳负极材料锂离子电池的电解液。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：