[发明专利]一种电解液及包含其的锂离子电池

说明书

本发明提供一种电解液及包含其的锂离子电池，所述电解液包含电解质、有机溶剂和添加剂，所述添加剂包含添加剂A和添加剂B，所述添加剂A为双氟磺酰亚胺金属盐和双三氟磺酰亚胺金属盐中的至少一种，所述添加剂B为三甲氧基(3,3,3‑三氟丙基)硅烷。本发明的电解液可以提高锂化硅的稳定性和三元正极材料的表面稳定性，从而改善了电池的寿命。

技术领域

本发明属于电池技术领域，涉及一种电解液及包含其的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池的被广泛应用于新能源汽车、消费电子产品、储能等各类移动或固定式能量储存场景，这些应用对下一代锂离子电池产品提出了更高的能量密度和寿命要求。业界在努力开发新的阴极材料和阳极材料，而通过提升阳极材料的克容量已被证明可以更为直接的提升电池的能量密度。目前主流的商业阳极材料为石墨，其具有优异的稳定性。但其相对较低的理论容量(372mAh/g)已成为制约锂离子电池能量密度进一步提升的因素。在地球上硅资源丰富，价格低廉，具有很高的理论容量(～3640毫安时/克)，具有很好的作为锂离子电池负极材料的潜力。

尽管硅作为负极具有很高的克容量，但其在锂化后体积变化很大，使得固体电解质界面(SEI)容易被破坏而消耗活性锂，带来电池的容量损失。锂化后的硅与负极的粘合剂和电解液成分都具有高的反应活性，进一步减少了活性锂，消耗了电解液中的溶剂，破坏了粘合剂的粘结作用，并生成各种杂质相，导致电池内阻升高，容量下降。与此同时，为了发挥硅负极高克容量的优势，与其搭配的正极材料通常为三元或NCA，这类正极材料中的过渡金属离子在容易溶出到电解液，重新沉积在负极表面，催化生成更厚的SEI膜，消耗活性锂，导致电池容量的损失。

因此，在本领域，期望开发一种可以提高锂化硅的稳定性和三元正极材料的表面稳定性，从而改善电池寿命的电解液。

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电解液及包含其的锂离子电池。本发明的电解液可以提高锂化硅的稳定性和三元正极材料的表面稳定性，从而改善了电池的寿命。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种电解液，所述电解液包含电解质、有机溶剂和添加剂，所述添加剂包含添加剂A和添加剂B，所述添加剂A为双氟磺酰亚胺金属盐和双三氟磺酰亚胺金属盐中的至少一种，所述添加剂B为三甲氧基(3,3,3-三氟丙基)硅烷。

在本发明中，通过添加剂A中的金属离子在锂离子进入Si材料后，与Si和Li形成Li-M-Si多元化合物(M为金属离子)，大大提高了Si负极的稳定性，减少了Si负极与电解液的副反应，从而可以提高电池的库伦效率和循环寿命。电解液添加剂B三甲氧基(3,3,3-三氟丙基)硅烷可以同时在正极和负极表面形成稳定的保护膜，从而提高电池的循环寿命。二者配合，能够更好地提高锂化硅的稳定性和三元正极材料的表面稳定性，从而改善电池的寿命。

在本发明中，所述双氟磺酰亚胺金属盐可以用M(FSI)_x表示，其中M为Mg、Ca或Al中的一种，x为2～3，FSI为双氟磺酸亚胺基团。

在本发明中，所述双三氟磺酰亚胺金属盐可以用M(TFSI)_x表示，其中M为Mg、Ca或Al中的一种，x为2～3，TFSI为双三氟磺酰亚胺基团。

优选地，所述双氟磺酰亚胺金属盐为如下结构的双氟磺酰亚胺金属盐中的至少一种：

优选地，所述双三氟磺酰亚胺金属盐为如下结构的双三氟磺酰亚胺金属盐中的至少一种：

在本发明中，添加剂B的结构如下：