匹配硅碳负极材料的锂离子电池电解液及其制备的电池制造技术

本发明专利技术提供一种匹配硅碳负极材料的锂离子电池电解液，包括锂盐、溶剂和添加剂；其中，溶剂为环状碳酸酯或线性碳酸酯；锂盐为基于电解液总质量的12％的六氟磷酸锂；添加剂包括以下基于电解液总质量的组分：5‑10％的氟代碳酸乙烯酯、1‑3％的三甲基环三硼氧烷和0.05‑1％的N‑(三甲基硅基)咪唑。本发明专利技术还提供了用上述匹配硅碳负极材料的锂离子电池电解液所制备的锂离子电池，其正极活性物质为LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2，负极活性物质为SiOx与石墨复合而成的硅碳负极材料。本发明专利技术通过添加剂的联合使用产生协同效应，不仅可以锂离子电池在硅碳负极形成稳定致密的SEI膜，还能抑制HF在循环过程中对硅基质的腐蚀，从而改善硅碳负极的锂离子电池在高压下的循环性能。

Electrolyte for Lithium Ion Batteries Matched with Silicon Carbon Anode Materials and Batteries Prepared

The invention provides a lithium ion battery electrolyte matching silicon-carbon anode material, including lithium salts, solvents and additives, in which the solvent is cyclic carbonate or linear carbonate; lithium salts are lithium hexafluorophosphate based on 12% of the total mass of the electrolyte; additives include the following components based on the total mass of the electrolyte: 5 10% vinyl fluorocarbonate, 1 3% trimethylcyclotrimethylboron. Oxane and 0.05 1% N (trimethylsilyl) imidazole. The invention also provides a lithium-ion battery prepared by using the electrolyte of the lithium-ion battery matched with the silicon-carbon negative material. The positive active material of the lithium-ion battery is LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2, and the negative active material is a silicon-carbon negative material composed of SiOx and graphite. The invention produces synergistic effect through the combined use of additives, which can not only form a stable and compact SEI film on the silicon-carbon negative electrode of lithium-ion battery, but also inhibit HF corrosion on the silicon matrix in the cycling process, thereby improving the cycling performance of the lithium-ion battery with the silicon-carbon negative electrode at high pressure.

【技术实现步骤摘要】
匹配硅碳负极材料的锂离子电池电解液及其制备的电池
本专利技术涉及一种锂离子电池电解液及电池，尤其涉及一种匹配硅碳负极材料的锂离子电池电解液及其制备锂离子电池。
技术介绍
可充电式锂离子电池因其高能量密度和长使用寿命，而广泛应用于许多类型的电子设备中。目前的负极材料主要是由碳主导的石墨提供有限的功率密度和372mAhg-1的能量密度，为了使功率密度显著提高，在碳材料已经达到其全部理论容量的情况下，需要寻找更高容量的负极材料。从理论上讲，硅的容量达3579mAhg-1，是传统石墨材料的10倍，然而，作为负极的硅在电化学循环过程中会引起严重的体积变化，从而导致快速的容量衰减和界面上持续的电解液副反应，从而影响其在循环过程的稳定性。为克服这些缺陷，人们将硅碳材料复合，形成硅碳负极材料。在硅碳复合材料中，硅作为活性物质来提高储锂容量；碳能一定程度的缓冲充放电过程中硅负极的体积变化，并改善硅基材料的导电性。开发与硅碳负极材料相匹配的电解液已成为锂电池电解液研究的热点，而高压硅碳电解液在提高锂离子电池容量方面更具吸引力。但是，现有技术中高压硅碳电解液面临以下问题：(1)负极表面没有形成稳定的固体电解质钝化膜(SEI膜)，硅活性位点暴露，不能重复形成SEI膜；(2)高压下电解液在正极被不断氧化分解；(3)LiPF6在高温或有水的情况下极易分解产生氢氟酸，氢氟酸会腐蚀正极材料，使金属离子从正极活性物质中溶出，导致容量损失、电性能劣化。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供一种匹配硅碳负极材料的锂离子电池的电解液，使得硅碳负极材料的锂离子电池的硅碳负极表面形成良好的SEI膜，同时在正极表面也形成薄而致密的界面膜，防止电解液在正极被不断氧化分解，且能够避免氢氟酸对正极材料的腐蚀，具有良好的离子导电性。本专利技术的技术方案如下：一种匹配硅碳负极材料的锂离子电池的电解液，该电解液包括锂盐、溶剂和添加剂；其中，所述溶剂为环状碳酸酯或线性碳酸酯；所述锂盐为基于电解液总质量的12％的六氟磷酸锂；所述添加剂包括以下基于电解液总质量的组分：5-10％的氟代碳酸乙烯酯、1-3％的三甲基环三硼氧烷和0.05-1％的N-(三甲基硅基)咪唑。添加剂中5-10％的氟代碳酸乙烯酯一方面可以在硅碳负极形成良好的SEI膜，确保电池能够循环周期长；另一方面可以提高锂离子通过SEI膜的速率，改善电池的可逆容量。添加剂中1-3％的三甲基环三硼氧烷，在正极表面形成的界面膜薄而致密，并且具有良好的离子导电性，能够有效抑制电解液的氧化分解，抑制金属离子溶出破坏正极晶格结构，稳定电极界面阻抗，提高高压电池循环稳定性。添加剂中0.05-1％的N-(三甲基硅基)咪唑，能吸收电解液中微量的H2O，一定程度的抑制六氟磷酸锂的分解，还可以消耗在高温下六氟磷酸锂和氟代碳酸乙烯酯部分分解产生的HF，从而保护正极材料和铝箔集流体被HF腐蚀，同时避免了HF与硅碳负极反应产气导致电池体积膨胀降低电池的电化学性能。优选地，所述电解液还包括基于电解液总质量的0.3％-1％的4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑锂。4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑锂具有较好的热力学稳定性，可在4.5V电压下稳定存在且锂离子迁移数高，其与LiPF6混合使用可以弥补遇水易分解的缺陷，从而提高电池的循环性能以及使其安全性能也得到一定改善。本专利技术的另一个目的，是提供一种使用本专利技术所述的匹配硅碳负极材料的锂离子电池电解液所制备的锂离子电池。其技术方案如下：用本专利技术的匹配硅碳负极材料的锂离子电池电解液所制备的锂离子电池，所述锂离子电池正极活性物质为LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2，负极活性物质为SiOx与石墨复合而成的硅碳负极材料。本专利技术的有益效果为：本专利技术的匹配硅碳负极材料的锂离子电池电解液通过添加剂的联合使用产生的协同效应，不仅可以在硅碳负极形成稳定、致密的SEI膜，还能抑制HF在循环过程中对硅基质腐蚀、同时对正极起保护作用。因此，本专利技术的匹配硅碳负极材料的锂离子电池电解液可应用于工作电压高达4.35-4.5V的锂离子电池中来促使材料的容量发挥，不仅提高电池在高压下的循环性能，还使其倍率性能得到改善。本专利技术制备的用本专利技术的匹配硅碳负极材料的锂离子电池电解液、正极活性物质为LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2、负极活性物质为SiOx与石墨复合而成的硅碳负极材料的锂离子电池，其充电电压可高达4.5V，且循环性能和倍率性能良好。具体实施方式下面对本专利技术做详细说明。显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1：在充满氩气的手套箱(水分＜1ppm，氧分＜1ppm)中，将碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯以4:3:3质量比混合均匀，在混合溶液中加入基于电解液总质量的质量分数为7.0％的氟代碳酸乙烯酯，2.0％的三甲基环三硼氧烷，0.2％的N-(三甲基硅基)咪唑，然后向混合溶剂中缓慢加入基于电解液总质量的质量分数为12％的LiPF6，搅拌至其完全溶解，得到实施例1的锂离子电池电解液。实施例2：在充满氩气的手套箱(水分＜1ppm，氧分＜1ppm)中，将碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯以4:3:3质量比混合均匀，在混合溶液中加入基于电解液总质量的质量分数为7.0％的氟代碳酸乙烯酯，2.0％的三甲基环三硼氧烷，0.2％的N-(三甲基硅基)咪唑，0.5％的4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑锂，然后向混合溶剂中缓慢加入基于电解液总质量的质量分数为12％的LiPF6搅拌至其完全溶解，得到实施例2的锂离子电池电解液。实施例3：在充满氩气的手套箱(水分＜1ppm，氧分＜1ppm)中，将碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯以4:3:3质量比混合均匀，在混合溶液中加入基于电解液总质量的质量分数为5.0％的氟代碳酸乙烯酯，2.0％的三甲基环三硼氧烷，0.2％的N-(三甲基硅基)咪唑，0.5％的4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑锂，然后向混合溶剂中缓慢加入基于电解液总质量的质量分数为12％的LiPF6，搅拌至其完全溶解，得到实施例3的锂离子电池电解液。实施例4：在充满氩气的手套箱(水分＜1ppm，氧分＜1ppm)中，将碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯以4:3:3质量比混合均匀，在混合溶液中加入基于电解液总质量的质量分数为10.0％的氟代碳酸乙烯酯，2.0％的三甲基环三硼氧烷，0.2％的N-(三甲基硅基)咪唑，0.5％的4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑锂，然后向混合溶剂中缓慢加入基于电解液总质量的质量分数为12％的LiPF6，搅拌至其完全溶解，得到实施例4的锂离子电池电解液。实施例5：在充满氩气的手套箱(水分＜1ppm，氧分＜1ppm)中，将碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯以4:3:3质量比混合均匀，在混合溶液中加入基于电解液总质量的质量分数为7.0％的氟代碳酸乙烯酯，1.0％的三甲基环三硼氧烷，0.2％的N-(三甲基硅基)咪唑，0.5％的4,5-二氰基-2-三氟甲基咪唑锂，然后向混合溶剂中缓慢加入基于电解液总质量的质量分数为12％的LiPF6，搅拌至其完全溶解，得到实施例5的锂离子电池电解液。实施例6：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种匹配硅碳负极材料的锂离子电池电解液，其特征在于，该电解液包括锂盐、溶剂和添加剂；其中，所述溶剂为环状碳酸酯或线性碳酸酯；所述锂盐为基于电解液总质量的12％的六氟磷酸锂；所述添加剂包括以下基于电解液总质量的组分：5‑10％的氟代碳酸乙烯酯、1‑3％的三甲基环三硼氧烷和0.05‑1％的N‑(三甲基硅基)咪唑。

【技术特征摘要】
1.一种匹配硅碳负极材料的锂离子电池电解液，其特征在于，该电解液包括锂盐、溶剂和添加剂；其中，所述溶剂为环状碳酸酯或线性碳酸酯；所述锂盐为基于电解液总质量的12％的六氟磷酸锂；所述添加剂包括以下基于电解液总质量的组分：5-10％的氟代碳酸乙烯酯、1-3％的三甲基环三硼氧烷和0.05-1％的N-(三甲基硅基)咪唑。2.如权利要求1所述的匹配...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨书廷，李娟，荆汝壹，岳红云，李凯，
申请(专利权)人：河南电池研究院有限公司，河南师范大学，
类型：发明
国别省市：河南,41