一种电解液及锂离子电池制造技术

本发明专利技术涉及一种电解液及锂离子电池，该电解液包括锂盐、添加剂和有机溶剂，其中锂盐包括特定配比的硼簇锂盐和常规锂盐，添加剂包括特定种类和配比的腈类化合物、硅烷类化合物和酰胺类化合物，采用该电解液制备的锂离子电池循环性能得到有效提升。

【技术实现步骤摘要】
一种电解液及锂离子电池
本专利技术涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种电解液及锂离子电池。
技术介绍
随着储能技术的发展，对锂离子电池能量密度的要求不断提升，硅负极锂离子电池得到快速开发。然而，在充电的过程中，硅负极会发生体积膨胀和颗粒破碎，降低锂离子电池的循环寿命，阻止其在储能领域的广泛应用。为此，常规情况下将硅负极材料做成纳米颗粒的形状以抑制破碎来解决此类问题。但是，纳米尺寸的硅颗粒活性比较大，极易和电解液中的杂质发生反应，进而依然影响锂离子电池的循环性能。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种电解液，能够有效提升锂离子电池循环性能。具体技术方案如下：本专利技术提供一种电解液，主要由如下重量百分比的各组分制备而成：锂盐1％-30％，添加剂1％-15％，以及有机溶剂余量；其中，所述锂盐包括第一锂盐和第二锂盐，所述第一锂盐为硼簇锂盐，所述第二锂盐为非硼簇锂盐；所述添加剂包括重量比为(0.3-3):(0.5-8):(0.5-8)的腈类化合物、硅烷类化合物和酰胺类化合物；所述硅烷类化合物的结构如通式(I)或通式(II)所示，所述酰胺类化合物的结构如通式(III)所示：其中，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R15、R16、R17分别独立选自氢元素、氟元素、含1-10个碳原子的烷基、含1-10个碳原子的烷氧基、含1-10个碳原子的氟代烷基、含1-10个碳原子的氟代烷氧基、含1-10个碳原子的烯基或者含1-10个碳原子的炔基，M1选自硼酸酯基、磷酸酯基或者亚磷酸酯基，M2选自五元芳基或者五元杂芳基。进一步地，锂盐含量优选5％-15％，添加剂含量优选4.5％-10％。具体地，M1选自如下结构1或结构2中的至少一种：具体地，M2选自如下结构3或结构4中的至少一种：其中，L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8、L9、L10分别独立地选自氧元素、氮元素、磷元素或者亚甲基。在其中一些实施例中，所述第一锂盐为Li2B12F12。在其中一些实施例中，所述第二锂盐选自六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、甲磺酸锂(LiCH3SO3)、三氟甲磺酸锂(LiCF3SO3)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、六氟锑酸锂(LiSbF6)、高氯酸锂(LiClO4)、Li[BF2(C2O4)]、Li[PF2(C2O4)2]、Li[N(CF3SO2)2]、Li[C(CF3SO2)3]、二氟草酸硼酸锂(LiODFB)、二草酸硼酸锂(LiBOB)、二氟磷酸锂(LiPO2F2)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)或双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)中的至少一种。优选地，所述第二锂盐选自六氟磷酸锂(LiPF6)、二草酸硼酸锂(LiBOB)、二氟磷酸锂(LiPO2F2)或四氟硼酸锂(LiBF4)中的至少一种。在其中一些实施例中，所述第一锂盐和所述第二锂盐的重量比为(1-11):(2-11)。在其中一些实施例中，所述腈类化合物、硅烷类化合物和酰胺类化合物的重量比为(0.4-2.2):(0.8-5.2):(0.8-5.2)。在其中一些实施例中，所述硅烷类化合物选自三(三甲基硅烷)硼酸酯、三(三甲基硅烷)亚磷酸酯、三(三甲基硅烷)磷酸酯、N-三甲基硅咪唑、2-三甲基甲硅烷基噁唑、N-三甲硅基吡咯、1-三甲基甲硅烷基-1H-(1,3)-氮杂磷中的至少一种。在其中一些实施例中，所述酰胺类化合物选自N,N-二甲基三氟乙酰胺、吡啶-2,6-二甲酰胺中的至少一种。在其中一些实施例中，所述腈类化合物选自碳原子数在20以内的二腈化合物和/或碳原子数在20以内的三腈化合物。优选地，所述腈类化合物的结构如通式(IV)、通式(V)所示：其中，R13、R14分别独立选自含1-10个碳原子的烷基、含1-10个碳原子的烷氧基、含1-10个碳原子的氟代烷基、含1-10个碳原子的氟代烷氧基、含1-10个碳原子的烯基或含1-10个碳原子的炔基。更优选地，所述二腈化合物选自丁二腈，所述三腈化合物选自1,3,6-己烷三腈。在其中一些实施例中，所述有机溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、乙酸正丙酯和乙酸乙酯中的至少一种。在其中一些实施例中，所述添加剂还可以包括氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、1,3-丙烷磺酸内酯、亚硫酸乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、丙磺酸内酯、γ-丁内酯、二氧戊环、二氧六环和四氢呋喃中的至少一种。本专利技术还提供一种锂离子电池，主要包括正极、含硅材料制成的负极、隔离膜以及上述任一项所述的电解液。本专利技术的有益效果是：与现有采用常规锂盐的电解液相比，本专利技术电解液通过采用硼簇锂盐替代一部分常规锂盐，并将该复合锂盐体系与特定种类配比的腈类化合物、硅烷类化合物和酰胺类化合物复配，整体上可有效提高由该电解液制备的硅负极锂离子电池的循环性能。具体实施方式以下对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。“烷基”预期是具有1至10个碳原子、优选1至8个碳原子的直链饱和烃结构。当指定具有具体碳数的烷基时，预期涵盖具有该碳数的所有几何异构体。因此，例如，“丁基”意思是包括正丁基、仲丁基、异丁基和叔丁基；“丙基”包括正丙基和异丙基。烷基实例包括甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、新戊基、环戊基、环己基、正庚基、辛基、环戊基、环丙基、环丁基、降冰片基等。“烷氧基”指通过氧原子连接至母体结构的烷基(-O-烷基)。当环烷基通过氧原子连接至母体结构时，该基团也可以被称为环烷氧基。实例包括甲氧基、乙氧基、丙氧基、异丙氧基、环丙氧基、丁氧基、第二丁氧基、第三丁氧基、戊氧基、环己氧基等。“氟代烷基”指氟取代烷基上的一个以及一个以上氢原子的结构。当指定具有具体碳数的氟代烷基时，预期涵盖具有该碳数的所有几何异构体。“氟代烷氧基”指氟取代烷氧基上的一个以及一个以上氢原子的结构。当指定具有具体碳数的氟代烷基时，预期涵盖具有该碳数的所有几何异构体。“烯基”预期是具有1至10个碳原子、优选1至8个碳原子的直链双键烃结构。当指定具有具体碳数的炔基时，预期涵盖具有该碳数的所有几何异构体。“炔基”预期是具有1至10个碳原子、优选1至8个碳原子的直链三键烃结构。当指定具有具体碳数的炔基时，预期涵盖具有该碳数的所有几何异构体。试剂简称如下：硼簇锂盐：Li2B12F12，结构式如式1所示。硅烷类化合物：三(三甲基硅烷)硼酸酯(CAS号4325-85-3)的结构式如式2所示，三(三甲基硅烷)亚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电解液，其特征在于，主要由如下重量百分比的各组分制备而成：/n锂盐 1％-30％，/n添加剂 1％-15％，以及/n有机溶剂 余量；/n其中，所述锂盐包括第一锂盐和第二锂盐，所述第一锂盐为硼簇锂盐，所述第二锂盐为非硼簇锂盐；/n所述添加剂包括重量比为(0.3-3):(0.5-8):(0.5-8)的腈类化合物、硅烷类化合物和酰胺类化合物；/n所述硅烷类化合物的结构如通式(I)或通式(II)所示，所述酰胺类化合物的结构如通式(III)所示：/n

【技术特征摘要】
1.一种电解液，其特征在于，主要由如下重量百分比的各组分制备而成：
锂盐1％-30％，
添加剂1％-15％，以及
有机溶剂余量；
其中，所述锂盐包括第一锂盐和第二锂盐，所述第一锂盐为硼簇锂盐，所述第二锂盐为非硼簇锂盐；
所述添加剂包括重量比为(0.3-3):(0.5-8):(0.5-8)的腈类化合物、硅烷类化合物和酰胺类化合物；
所述硅烷类化合物的结构如通式(I)或通式(II)所示，所述酰胺类化合物的结构如通式(III)所示：



其中，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R15、R16、R17分别独立选自氢元素、氟元素、含1-10个碳原子的烷基、含1-10个碳原子的烷氧基、含1-10个碳原子的氟代烷基、含1-10个碳原子的氟代烷氧基、含1-10个碳原子的烯基或者含1-10个碳原子的炔基，M1选自硼酸酯基、磷酸酯基或者亚磷酸酯基，M2选自五元芳基或者五元杂芳基。


2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述第一锂盐为Li2B12F1；所述第二锂盐选自LiPF6、LiBF4、LiCH3SO3、LiCF3SO3、LiAsF6、LiSbF6、LiClO4、Li[BF2(C2O4)]、Li[PF2(C2O4)2]、Li[N(CF3SO2)2]、Li[C(CF3SO2)3]、LiODFB、LiBOB、LiPO2F2、LiFSI和LiTFSI中的至少一种。


3.根据权利要求2所述的电解液，其特征在于，所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：范长岭，汤裕，陈曦，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43