一种适配硅碳负极材料的锂离子电池耐高温电解液制造技术

本发明专利技术公开了一种适配硅碳负极材料的锂离子电池耐高温电解液，包括六氟磷酸锂、非水有机溶剂、耐高温添加和负极成膜添加剂，耐高温添加剂为五氟苯基二苯基膦；负极成膜添加剂为五氟苯基异氰酸酯或氟代碳酸乙烯酯。本发明专利技术的适配硅碳负极材料的锂离子电池耐高温电解液通过五氟苯基二苯基膦和负极成膜添加剂五氟苯基异氰酸酯或氟代碳酸乙烯酯的协同作用，在锂离子电池的硅碳负极表面形成紧实且导锂性好、熔点高、弹性高的SEI层、在正极表面均形成一层薄而致密的CEI膜，同时又抑制了由PF

A high temperature resistant electrolyte for lithium ion battery with silicon carbon anode material

【技术实现步骤摘要】
一种适配硅碳负极材料的锂离子电池耐高温电解液
本专利技术涉及一种电解液，尤其涉及一种适配硅碳负极材料的锂离子电池耐高温电解液。
技术介绍
在过去的几十年里，可充电锂离子电池由于能量密度高、无记忆效应、自放电少等原因而得到迅速发展。它们目前主导着便携式电子设备市场，也被用于电动汽车和无人机，对我们的日常生活有着深远的影响，在现代技术发展中发挥着至关重要的作用。当前，商用锂离子电池中常用的负极材料主要是石墨，但其循环寿命和理论容量已无法满足大规模储能、航空航天应用、机器人和电动汽车对能源密度的要求。因此，寻找高容量替代传统碳基材料是锂离子电池研究的热点之一。锂离子电池用硅基负极材料优点在于储量丰富，工作电压低(0.2V)，理论容量高(4200mAhg-1)，远远高于传统石墨(372mAhg-1)。然而，硅基负极材料的应用也面临着许多障碍。最大的挑战是重复锂化中的体积膨胀(>300％)，这将导致材料中的硅基活性颗粒在铜箔上粉碎，固体电解质中间相(SEI)膜不断破裂和重组，从而恶化锂离子电池的界面特征和循环寿命。在电解液中引入成膜添加剂是提高电极表面稳定性的一种简便方法，使形成的SEI膜能适应电极的急剧劣化，在充放电过程中不易破碎，从而提高了电池的循环性能。电解液添加剂具有用量小且对锂离子电池的性能有着显著影响的特点，在既不增加经济成本、又不改变电池生产工艺的前提下可以明显改善材料的性能。高温环境也是电池在使用过程常常遇到的，在高温条件下，电池容易发生热失控，不仅降低电池使用寿命甚至可能发生爆炸，选择能够抑制正极材料分解且在负极具有良好成膜效果的耐高温添加剂对于电解液显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种适配硅碳负极材料的锂离子电池耐高温电解液，具有良好的耐高温性能和循环性能。本专利技术的技术方案如下：一种适配硅碳负极材料的锂离子电池耐高温电解液，包括六氟磷酸锂、非水有机溶剂、耐高温添加剂和负极成膜添加剂，其中，所述耐高温添加剂为五氟苯基二苯基膦；所述负极成膜添加剂为五氟苯基异氰酸酯或氟代碳酸乙烯酯。耐高温添加剂五氟苯基二苯基膦具有式(1)的结构：电池在充放电过程中，一方面，耐高温添加剂五氟苯基二苯基膦在正极表面形成一层薄而致密的界面膜(简称CEI膜)；另一方面，耐高温添加剂五氟苯基二苯基膦在电解液中可以作为路易斯碱具有与PF5良好的络合作用，从而将具有活性的PF5与五氟苯基二苯基膦络合，除去了电解液中LiPF6的微量分解产生的PF5，及时抑制了PF5对电解液的催化破坏作用，有效减少LiPF6相关副反应发生，从而阻止了电解质的分解，提升了含LiPF6电解液的稳定性，也减少了在SEI和CEI膜处副反应的发生，提高电池的循环寿命和热稳定性。负极成膜添加剂五氟苯基异氰酸酯和氟代碳酸乙烯酯均具有还原性聚合反应能力，可在硅碳负极表面形成紧实且导锂性好、熔点高、弹性高的SEI层，能够抑制碳酸酯溶剂的分解，承受电池在反复充放电过程中氧化硅产生的体积膨胀减少电池产气，使得电池具有较好的循环稳定性，并且在高温下具有良好的容量恢复率和保持率。在本专利技术的适配硅碳负极材料的锂离子电池耐高温电解液中，同时添加耐高温添加剂五氟苯基二苯基膦和负极成膜添加剂五氟苯基异氰酸酯或氟代碳酸乙烯酯，由于五氟苯基二苯基膦对于副反应中产生的微量的PF5及时络合，防止进一步副反应的发生；同时，由于五氟苯基二苯基膦在正极表面形成一层薄而致密的CEI膜，五氟苯基异氰酸酯或氟代碳酸乙烯酯在硅碳负极形成紧实且导锂性好、熔点高、弹性高的SEI层，在两者的协同作用下，使电池的耐高温性能和循环性能显著提升。优选地，所述耐高温添加剂还包括1,3-丙二磺酸酐。1,3-丙二磺酸酐具有式(2)的结构。耐高温添加剂1,3-丙二磺酸酐可以在硅碳负极表面先于溶剂形成SEI膜，从而能有效防止溶剂分子的共嵌入，有利于锂离子电池在长期的充放电循环期间抑制电极表面的副反应，因而大大提高了电极的循环性能和使用寿命；1,3-丙二磺酸酐同时也在正极表面形成一层薄而致密的CEI膜，有效抑制电解液氧化，稳定电极界面阻抗，提高电池的循环稳定性，改善电池的高温存储性能。优选地，所述五氟苯基二苯基膦占电解液总质量的0.05％～1％。优选地，所述1,3-丙二磺酸酐质量占电解液总质量的0.5％～3％。优选地，所述负极成膜添加剂质量占电解液总质量的1％～5％。做为锂盐的六氟磷酸锂可以按需要的浓度配制，只要能满足电池的使用需要即可，本专利技术中优选六氟磷酸锂质量占电解液总质量的14％。做为非水有机溶剂，可以根据需要进行选择，优选非水有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯或碳酸二乙酯中的一种或几种。本专利技术的配硅碳负极材料的锂离子电池耐高温电解液使用这几种物质做非水有机溶剂，锂离子电池的耐高温性能和循环性能提升更加明显，非水有机溶剂中各物质的比例可以根据需要进行选择使用，比如，可以是碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯以质量比1:1:1的混合；更优选，所述非水有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯以质量比为3：3：4的混合。本专利技术的有益效果：本专利技术的适配硅碳负极材料的锂离子电池耐高温电解液通过耐高温添加剂五氟苯基二苯基膦和负极成膜添加剂五氟苯基异氰酸酯或氟代碳酸乙烯酯的协同作用，在锂离子电池的硅碳负极表面形成紧实且导锂性好、熔点高、弹性高的SEI层、在正极表面均形成一层薄而致密的CEI膜，同时又抑制了由PF5产生的电解液的副分解反应，增加电解液的稳定性。因此，本专利技术的适配硅碳负极材料的锂离子电池耐高温电解液使电池的耐高温性能和循环性能显著提升。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做详细说明。以下说明中，五氟苯基二苯基膦简称PFPDPP，1,3-丙二磺酸酐简称ODTO，五氟苯基异氰酸酯简称PFPI，氟代碳酸乙烯酯简称FEC，碳酸二乙酯简称DEC、碳酸甲乙酯简称EMC、碳酸乙烯酯简称EC。实施例1在充满氩气的手套箱(水分＜1ppm，氧分＜1ppm)中，将DEC、EMC、EC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3.0％的FEC，0.3％的PFPDPP，然后向混合溶剂中缓慢加入基于电解液总质量14％的LiPF6，搅拌至其完全溶解，得到适配硅碳负极材料的锂离子电池耐高温电解液。实施例2在充满氩气的手套箱(水分＜1ppm，氧分＜1ppm)中，将DEC、EMC、EC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3.0％的FEC，0.3％的PFPDPP，0.5％的ODTO，然后向混合溶剂中缓慢加入基于电解液总质量14％的LiPF6，搅拌至其完全溶解，得到适配硅碳负极材料的锂离子电池耐高温电解液。实施例3在充满氩气的手套箱(水分＜1ppm，氧分＜1ppm)中，将DEC、EMC、EC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3.0％的FEC，0.3％的PFPDPP，3.0％的O本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适配硅碳负极材料的锂离子电池耐高温电解液，其特征在于，包括六氟磷酸锂、非水有机溶剂、耐高温添加剂和负极成膜添加剂，其中，所述耐高温添加剂为五氟苯基二苯基膦；所述负极成膜添加剂为五氟苯基异氰酸酯或氟代碳酸乙烯酯。/n

【技术特征摘要】
1.一种适配硅碳负极材料的锂离子电池耐高温电解液，其特征在于，包括六氟磷酸锂、非水有机溶剂、耐高温添加剂和负极成膜添加剂，其中，所述耐高温添加剂为五氟苯基二苯基膦；所述负极成膜添加剂为五氟苯基异氰酸酯或氟代碳酸乙烯酯。


2.如权利要求1所述的适配硅碳负极材料的锂离子电池耐高温电解液，其特征在于，所述耐高温添加剂还包括1,3-丙二磺酸酐。


3.如权利要求2所述的适配硅碳负极材料的锂离子电池耐高温电解液，其特征在于，所述五氟苯基二苯基膦占电解液总质量的0.05％～1％。


4.如权利要求3所述的适配硅碳负极材料的锂离子电池耐高温电解液，其特征在于，所述1,3-丙二磺酸酐质量占电解液总质量的0.5％...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨书廷，李娟，岳红云，王伟民，
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