一种锂离子电池非水电解液和锂离子电池制造技术

本发明专利技术提供了一种锂离子电池非水电解液及一种锂离子电池，所述非水电解液包括锂盐、有机溶剂以及添加剂，其特征在于，所述添加剂具有式(1)所示结构：式(1)，其中，R为碳原子数为1-4的烷基；本发明专利技术解决了现有技术中锂离子电池充放电效率低和寿命短的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于锂离子电池领域，尤其涉及一种锂离子电池非水电解液及含有该非水电解液的锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池以其高电压、高容量、低消耗、无记忆效应、无公害以及体积小等优点从众多的电池种类中脱颖而出，广泛应用于手机、随时听、PDA、Notebook等众多电子产品中。现有技术中公开了一种以硅基材料为负极材料的锂电池用电解液及锂离子电池，该电解液包括：锂盐、非水有机溶剂、成膜添加剂，其中，所述非水有机溶剂包括碳酸乙烯酯，所述成膜添加剂包括三(五氟苯基)硼烷(TPFPB)，所述三(五氟苯基)硼烷的含量为所述电解液总重量的1％～7％。加入TPFPB主要目的是在负极材料表面形成稳定完整的SEI膜，减弱硅基材料作为负极材料时的硅的体积效应引起的粉化现象，且TPFPB会通过SEI膜释放出来自由移动的锂离子，这样就会抵消掉SEI膜的形成过程中消耗的部分锂离子，减少锂离子消耗，从而提高充放电效率和循环性能，但是添加量要大才能起到这样的效果，见专利CN103413969A；同时，三(五氟苯基)硼烷(TPFPB)这类含氟物质存在以下缺点：三(五氟苯基)硼烷(TPFPB)添加量太少起不到上述效果，而添加过多，它会在硅负极周围容易被还原生成氟化氢(HF)，HF与电解液进一步反应产生LiF，LiF作为固体在硅负极富集，导致负极SEI膜不断增厚，妨碍锂离子在电解液与负极之间的传递，电池充放电性能降低，电池阻抗增大，同时气体产生十分显著，电池膨胀较大，造成电池循环性能恶化；另外，TPFPB在温度较高的环境下使用(例如60℃以上)时容易分解，产生的含氟气体又极其容易 与硅负极发生副反应，导致硅材料结构的崩塌和电极材料的剥落，从而使电极材料失去活性，造成硅负极锂离子电池的循环性能急剧下降。
技术实现思路
本专利技术解决了现有技术中锂离子电池充放电效率低和寿命短的问题，而针对硅负极锂离子电池的充放电效率和循环性能的提高尤为明显。本专利技术提供一种锂离子电池非水电解液，包括锂盐、有机溶剂以及添加剂，其特征在于，所述添加剂具有式(1)所示结构：其中，R为碳原子数为1-4的烷基。本专利技术还提供了一种锂离子电池，包括壳体和容纳于壳体内的电芯、非水电解液，电芯包括正极、负极和介于正极与负极之间的隔膜，所述正极包括正极活性材料、导电剂和粘结剂，所述负极包括负极活性材料及粘结剂，所述负极活性材料为纳米硅材料，其中，所述的非水电解液为本专利技术提供的非水电解液。本专利技术提供的非水电解液，能够解决现有技术中锂离子电池充放电效率低和寿命短的问题。尤其当本专利技术提供的非水电解液用于硅负极锂离子电池中时，由于本专利技术提供的添加剂包含硫酸酯基团和三烷基硅烷基团，通过硫酸酯基团和三烷基硅烷基团的共同作用可以提高电解液与硅负极材料之间的相容性，同时添加剂在化成充电时可以在硅负极表面形成稳定的SEI膜，能缓解、抑制Li-Si合金与有机溶剂之间的反应，对硅负极起到良好的保护作用，从而有效提高硅负极锂离子电池的充放电性能，减少副反应的发生和降低硅负极体积膨胀，提高硅负极锂 离子电池的循环寿命。如以R为甲基得到的双(三甲基硅烷基)硫酸酯为例，电池化成充电时，双(三甲基硅烷基)硫酸酯在负极上发生还原聚合反应，形成环状硫酸酯或线状硫酸酯，反应过程见如下所示： 或者而环状硫酸酯或线状硫酸酯是具有弹性的SEI膜的主要成分，产生的SEI膜能缓解、抑制Li-Si合金与有机溶剂之间的反应，对硅负极起到良好的保护作用，从而有效提高硅负极锂离子电池的充放电性能，减少副反应的发生和降低硅负极体积膨胀，提高硅负极锂离子电池的循环寿命。具体实施方式本专利技术提供了一种锂离子电池非水电解液，包括锂盐、有机溶剂以及添加剂，其特征在于，所述添加剂具有式(1)所示结构：其中，R为碳原子数1-4的烷基。本专利技术的专利技术人发现，通过在锂离子电池非水电解液中添加少量的本专利技术所述的添加剂，能使得锂离子电池在常温以及高温条件下的循环性能大幅度提升。该添加剂的结构为，在硫酸酯基团的左右两端分别对称连接一个硅烷基，且两端的硅烷基团上的氢原子全部被相同的碳原子数为1-4的烷基取代。该添加剂能够改善现有技术中锂离子电池充放电效率低和寿命短的问题。尤其对于硅 负极锂离子电池，由于该添加剂同时包含硫酸酯基团和三烷基硅烷基团，硫酸酯基团和三烷基硅烷基团的共同作用可以提高电解液与硅负极材料之间的相容性，且该添加剂在锂离子电池化成充电时可以在硅负极表面形成稳定的SEI膜，可以缓解、抑制Li-Si合金与有机溶剂之间的反应，能够有效提高硅负极锂离子电池的充放电性能，减少副反应的发生和降低硅负极体积膨胀，从而提高硅负极锂离子电池的循环寿命。式(1)中，R为甲基、乙基、丙基、丁基，所述添加剂可以选自其中的一种或多种。优选情况下，R为甲基或乙基。当R为甲基，得到所述的添加剂为双(三甲基硅烷基)硫酸酯，其结构式如式(2)所示：当R为乙基时，得到所述的添加剂为双(三乙基硅烷基)硫酸酯，其结构式如式(3)所示：所述添加剂也可以为双(三甲基硅烷基)硫酸酯和双(三乙基硅烷基)硫酸酯的混合，此时双(三甲基硅烷基)硫酸酯和双(三乙基硅烷基)硫酸酯之间的重量比可以任意选择。本专利技术所述的锂离子电池非水电解液中，以非水电解液的总重量为基准，添加剂的含量优选为0.1-2wt％，该添加剂的含量过高时，会使得在负极界面形成的SEI膜过厚，造成负极阻抗变大，最终导致电池的循环性能降低；而如果含量过低，又不能达到很好的锂离子电池循环性能的效果。进一步优选的，以锂离子电池非水电解液的总重量为基准，所述添加剂的含量为0.5-1.5wt％。本专利技术所述的锂离子电池非水电解液中，所述非水溶剂采用本领域技术人员常用的各种非水溶剂即可，例如可以选自羧酸酯类溶剂、碳酸酯类溶剂、腈类溶剂或酮类溶剂中的至少一种。优选情况下，所述非水溶剂选自碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、甲酸甲酯(MF)、乙酸甲酯(MA)、丙酸甲酯(MP)、乙酸乙酯(EP)、己二腈(ADN)或丁二腈(SN)的一种或多种。可选的，所述非水溶剂选自碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、甲酸甲酯(MF)、乙酸甲酯(MA)、丙酸甲酯(MP)、乙酸乙酯(EP)、己二腈(ADN)或丁二腈(SN)中的任意两种溶剂的混合，且两种溶剂的重量比优选为1：0.5-3；所述非水溶剂也可以选自碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、甲酸甲酯(MF)、乙酸甲酯(MA)、丙酸甲酯(MP)、乙酸乙酯(EP)、己二腈(ADN)或丁二腈(SN)中的任意三种溶剂的混合，且三种溶剂的重量比优选为1：0.3-1.0：0.5-1.5；所述非水溶剂还可以选自碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、甲酸甲酯(MF)、乙酸甲酯(MA)、丙酸甲酯(MP)、乙酸乙酯(EP)、己二腈(ADN)或丁二腈(SN)中的任意四种溶剂的混合，且四种溶剂的重量比优选为1：1-1.6：0.2-1.3：0.1-0.8。优选的，所述非水溶剂选自本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池非水电解液，包括锂盐、有机溶剂以及添加剂，其特征在于，所述添加剂为式(1)所示结构：其中，R为碳原子数为1‑4的烷基。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池非水电解液，包括锂盐、有机溶剂以及添加剂，其特征在于，所述添加剂为式(1)所示结构：其中，R为碳原子数为1-4的烷基。2.根据权利要求1所述的锂离子电池非水电解液，其特征在于，R为甲基。3.根据权利要求1所述的锂离子电池非水电解液，其特征在于，R为乙基。4.根据权利要求1-3任意一项所述的锂离子电池非水电解液，其特征在于，以非水电解液的总重量为基准，所述添加剂的含量为0.1-2％。5.根据权利要求1-3任意一项所述的锂离子电池非水电解液，其特征在于，以非水电解液的总重量为基准，所述添加剂的含量为0.5-1.5％。6.根据权利要求1所述的锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述非水溶剂选自羧酸酯类溶剂、碳酸酯类溶剂、腈类溶剂或酮类溶剂中的至少一种。7.根据权利要求6所述的锂离子电池非水电解液，其特征在于，所述非水溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱小明，刘卫平，何珍，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44