[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，所述电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括硅咪唑基化合物和磺酸酯基化合物，所述硅咪唑基化合物具有式I所示结构，所述磺酸酯基化合物具有式II所示结构。本发明提供的电解液中同时含有硅咪唑基化合物和磺酸酯基化合物，这两种添加剂协同作用，能够提高锂离子电池的首圈效率，能够改善高比能硅基负极电池循环性能较差的缺点，也能够对硅基负极的体积膨胀起到一定抑制作用。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种电解液及包含其的锂离子电池。

背景技术

当今社会，人们对电子数码以及电动汽车的需求量不断增加，随之而来的对储能行业的要求也不断提高。锂离子电池因其在能量密度、功率密度、循环寿命等方面的优越性而受到市场的广泛关注。但是，传统锂离子电池所使用的石墨负极因其理论容量基本达到极限，因此在能量密度上饱受质疑，近几年能量密度更高的硅基、锡基负极被相继开发投入使用，但硅基材料在锂离子脱嵌过程中往往伴随着界面副反应多、电极粉化以及容量衰减过快等问题。

对高比能硅基电池的改善手段有材料复合、预锂化、电解液的优化设计以及将刚性电极柔性化处理等手段，由于首次成膜对硅基负极的影响巨大，SEI膜的厚度、成分与电极的性能衰减密切相关，因此界面的调控就显得尤为重要，而为提高SEI膜成膜质量，对电解液组分的优化是不可忽视的重要手段，尤其对于功能性较强的添加剂被大规模的开发出来，添加剂因剂量较少，却能发挥较明显的效果而广受好评。一些LUMO值较低的添加剂被广泛地应用于硅基高能量密度的电池中，如氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸亚乙烯酯(VC)以及异氰酸酯等都对硅负极电池成膜具有一定优势，FEC在界面处形成富含LiF的薄SEI膜，能够解决硅负极电解液消耗量大的问题，对提升循环具有明显优势。

现有的溶剂体系及添加剂在掺硅量不高的情况下能够取得不错的解决方案，但随着对能量密度及功率密度的要求不断加大，负极比容量达到700mAh/g时，FEC、VC等成膜添加剂不足以满足使用要求，副反应增多，Si的利用率下降，“死锂”比例攀升，循环进一步恶化。

CN109888266A公开了一种硅基负极片及其制备方法和锂离子电池。该发明提供的硅基负极片的负极涂层包括位于集流体上的第一涂层和位于第一涂层上的第二涂层，所述第一涂层中的活性物质包括硅基负极材料，所述第二涂层中的活性物质不包含硅基负极材料，所述第二涂层表面含有锂。该发明提供的硅基负极片避免了含硅基负极材料的极片在预锂化过程中硅基材料与金属锂的直接接触，显著提升了能量密度和循环稳定性。但该发明提供的锂离子电池的循环性能还有待进一步提高。

因此，在本领域中，期望开发一种电解液，当锂离子电池的负极片为硅基负极片时，其能提高锂离子电池的循环性能。

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。当锂离子电池的负极片为硅基负极片时，本发明提供的电解液能够增加与硅基负极片的适配性，能够提高锂离子电池的循环性能。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种电解液，所述电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括硅咪唑基化合物和磺酸酯基化合物，所述硅咪唑基化合物具有式I所示结构，所述磺酸酯基化合物具有式II所示结构：

其中，R₁选自氢、取代或未取代的C1-C8(例如C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7或C8)烷烃基、取代或未取代的C6-C18(例如C6、C8、C10、C12、C14或C18等)芳基中的任意一种；

R₂选自氢、未取代的C1-C4(例如C1、C2、C3或C4)烷烃基、硼酸酯基、C1-C3(例如C1、C2或C3)氧醚烷烃基、C1-C2硫醚烷烃基中的任意一种；