[发明专利]一种电解液及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种电解液及其制备方法和应用，所述电解液包括电解质盐、有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括不饱和碳酸酯类添加剂、锂盐添加剂、4,5‑二氰基‑2‑三氟甲基‑咪唑锂和乙烯基苯磺酸，本发明所述电解液利用添加剂之间的协同作用有效地改善了高镍正极/硅碳负极表面膜的不稳定，保证了较好的高温存储性能以及电极表面膜较低的阻抗，达到循环和存储兼顾的效果。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，涉及一种电解液及其制备方法和应用。

背景技术

高硅三元电池体系中，在循环过程中由于硅颗粒巨大的体积膨胀，常规添加剂形成的SEI膜容易破裂，导致循环性能的恶化。比较常见的做法是加入高含量的成膜添加剂FEC保证循环性能，FEC成膜添加剂富含LiF，poly(VC)等成分，提升SEI膜的强度和韧性，能够有效缓解硅的体积膨胀造成的SEI破裂与再生的问题。然而，FEC高温下容易与电解液中的路易斯酸(如PF₅)作用发生脱F反应，产生HF，进而造成高镍正极过渡金属元素的溶出，电池容量严重衰减，高温性能恶化。常规提升高温性能的方法加入高温型添加剂，如LiBOB、PST等，但这些高温型添加剂普遍都阻抗较大，提升高温性能的同时，会较大幅度增大阻抗，降低低温性能。

CN104241684A公开了一种硅负极锂电池电解液，由有机溶剂、锂盐和添加剂组成，锂盐的浓度为0.001～2mol/L，添加剂由添加剂A和氟代碳酸乙烯酯组成，添加剂A的质量占电解液的质量的0.1～20％，氟代碳酸乙烯酯的质量占电解液的质量的0.1～10％，添加剂A为亚硫酸酯化合物。其所述电解液的阻抗较大且循环性能较差。

CN108232302A公开了一种适用于硅基负极锂离子电池的高浓度锂盐电解液，包括锂盐和非水有机溶剂，所述锂盐的摩尔浓度为2.15-4.00mol/L。其所述的电解液电化学稳定性高、在负极表面可以生成由锂盐阴离子衍生的致密SEI膜，抑制硅基负极材料表面SEI膜的不断形成，提高硅基负极与电解液界面的稳定性，从而降低硅基负极在循环过程中的容量损失，提高硅基负极的库伦效率和循环性能。其所述电解液形成的SEI膜韧性差。

上述方案存在有阻抗大、循环性能差或形成的SEI膜强度低、韧性差的问题，因此开发一种阻抗低、循环性能好且形成的SEI膜强度高、韧性好的可以应用于高硅三元电池体系的电解液是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电解液及其制备方法和应用，所述电解液利用添加剂之间的协同作用有效地改善了高镍正极/硅碳负极表面膜的不稳定，保证了较好的高温存储性能以及电极表面膜较低的阻抗，达到循环和存储兼顾的效果。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种电解液，所述电解液包括电解质盐、有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括不饱和碳酸酯类添加剂、锂盐添加剂和乙烯基苯磺酸，所述电解质盐中包括4,5-二氰基-2-三氟甲基-咪唑锂，其中4,5-二氰基-2-三氟甲基-咪唑锂的结构式如式I所示，所述乙烯基苯磺酸的结构式如式II所示。

本发明所述电解液中，LiTDI热稳定性好，温度达到250℃以上才会分解。LiTDI锂离子中的腈基团与水分子相互作用，达到除水效果，可提高电解液稳定性，延长电池寿命，LiTDI与不饱和碳酸酯类添加剂结合，通过CF₃基团的脱氟作用促进LiF的生成，此时SEI膜更薄，强度和韧性更高，降低阻抗的同时大幅度提升硅基循环和存储性能。乙烯基苯磺酸含有C＝C双键，磺酸基，苯环，C＝C双键优先在正极氧化，苯环能提升CEI膜化学稳定性，磺酸基形成烷基硫酸盐和Li₂SO₄提升CEI膜电导率，乙烯基苯磺酸以上基团的存在，在正极形成均匀稳定、离子电导的CEI膜，减少正极金属离子溶出，大幅度提升高镍正极循环和存储稳定性。