电解液及其制备方法、包含该电解液的高能量密度锂离子电池及其制备方法技术

技术编号:25919412 阅读:3 留言:0更新日期:2020-10-13 10:39
本发明专利技术公开一种电解液及其制备方法、包含该电解液的高能量密度锂离子电池及其制备方法,其中,电解液包括锂盐、非水性有机溶剂、负极成膜有机添加剂和修饰性添加剂,所述负极成膜有机添加剂为氟代碳酸乙烯酯、1,2‑二氟代碳酸乙烯酯、氯代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯中的任一种或至少两种,所述修饰性添加剂为碳酸钾、碳酸钠、碳酸锂中的任一种或至少两种。本发明专利技术的电解液可在负极材料颗粒表面快速的形成一层致密、稳定、较薄同时具有良好机械性能的SEI膜;包含该电解液的高能量密度锂离子电池在循环使用过程中能够缓解硅基负极体积膨胀造成的锂电池容量衰减、颗粒粉化等问题,具有良好的循环稳定性和倍率性能。

【技术实现步骤摘要】
电解液及其制备方法、包含该电解液的高能量密度锂离子电池及其制备方法
本专利技术涉及锂离子电池
,具体涉及一种电解液及其制备方法,以及包含该电解液的高能量密度锂离子电池及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池作为当前最重要的电化学储能器件之一,其应用范围已经从小容量电池在消费电子产品、电动工具上的应用,逐渐扩展到新能源电动汽车、电动船舶、电动两轮车和机器人等新兴领域,这些领域不仅要求锂离子电池具有更大的容量,对其能量密度也不断提出更高的要求。硅基材料具有非常高的理论克容量,是目前电芯生产厂家制备高能量密度电芯常用的负极材料。但硅基材料在充放电过程中存在体积膨胀问题,硅基负极材料在脱/嵌锂过程中,存在较大的体积形变使得颗粒出现裂纹致进一步发生颗粒粉碎,在不断裸露的颗粒表面,固体电解质界面膜(SEI膜)不断形成与生长,巨大的体积膨胀可能会破坏电极的导电网络和粘接剂网络,造成自身颗粒的粉化、活性物质从集流体脱落、电解液和活性锂被大量消耗,最终导致电池容量的持续衰减,材料的库伦效率降低,电池的阻抗增加和循环性能较差等问题。电解液成分对SEI膜的性质有着非常大的影响,目前常用的电解液主要适用于碳基负极材料,并不适用于硅基负极材料。致密和稳定的SEI膜可以缓解硅基负极材料在循环过程中裂纹的产生和颗粒粉化,提高其电化学性能。因此,对硅基负极材料来说,需要开发新的电解液体系,能够在材料颗粒表面快速的形成一层致密、稳定、较薄同时具有良好机械性能的SEI膜。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种电解液及其制备方法,该电解液可在负极材料颗粒表面快速的形成一层致密、稳定、较薄同时具有良好机械性能的SEI膜。本专利技术的目的之二在于提供一种高能量密度锂离子电池及其制备方法,该高能量密度锂离子电池在循环使用过程中能够缓解硅基负极体积膨胀造成的锂电池容量衰减、颗粒粉化等问题。为达上述目的,本专利技术采用以下技术方案:一方面,提供一种电解液,包括锂盐、非水性有机溶剂、负极成膜有机添加剂和修饰性添加剂,所述负极成膜有机添加剂为氟代碳酸乙烯酯、1,2-二氟代碳酸乙烯酯、氯代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯中的任一种或至少两种,所述修饰性添加剂为碳酸钾、碳酸钠、碳酸锂中的任一种或至少两种。其中,负极成膜有机添加剂为氟代碳酸乙烯酯、1,2-二氟代碳酸乙烯酯、氯代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯中的任一种或至少两种,该负极成膜有机添加剂在硅基负极具有很好的成膜作用,具有较高的还原电位,能够优于电解液成分在负极表面先被还原,有效阻止电解液成分在电极材料表面的副反应;减少了负极材料表面裂纹的产生,使材料表面更加光滑,增加了电极材料之间及电极材料和集流体之间的电接触,降低了电荷转移阻抗;形成了一层光滑致密均匀的薄层SEI膜,减少了锂离子的扩散阻力,同时增加结构的稳定性,缓解了硅基负极材料在脱/嵌锂过程中的体积形变,为电池的长循环性能和倍率性能提供保障。其中,修饰性添加剂作为电解液和负极界面的修饰性添加剂,主要为碳酸钾、碳酸钠、碳酸锂中的任一种或至少两种,材料易得价格便宜,不仅可以促进负极SEI成膜,增强SEI膜的结构稳定性,同时能够有效抑制电解液溶剂的还原分解。其中,CO32-离子的引入可以阻止生成CH3-自由基,减少电解液还原产物中碳氢化合物的总量,能在负极表面形成一层更加薄且致密的SEI膜,有助于降低锂离子电池在首次循环过程的不可逆容量损失。CO32-离子还可与Li+结合形成Li2CO3,Li2CO3是SEI膜的重要组成部分,Li2CO3的增加可降低SEI膜阻抗,减少锂离子的迁移行为,提高硅负极的倍率性能。阳离子如K+、Na+等可以优先沉积于负极表面,调节SEI膜的强度,使SEI膜具有更好的粘弹性,可以更好地适应锂离子嵌入过程中造成的负极颗粒体积变化,也可增加阳离子的透过性,从而使锂离子的嵌入过程更容易进行,进一步改善了锂离子电池的循环稳定性和倍率性能。本专利技术中,锂盐可以增强离子之间的相互作用,并补充由于硅体积膨胀造成的颗粒破碎和锂离子的消耗,搭配高介电常数的环状碳酸酯和低黏度的链状碳酸酯使用,增加了锂盐的溶解度和电解液离子电导率,同时有助于促进形成优质的SEI膜,提高锂离子电池的循环寿命。进一步地,所述负极成膜有机添加剂占电解液总质量的1~8%,例如1%、1.1%、1.2%、1.3%、1.4%、1.5%、1.8%、2%、2.2%、2.5%、2.8%、3%、3.5%、4%、4.5%、5%、5.5%、6%、6.5%、7%、7.5%或者8%。优选地,所述修饰性添加剂占电解液总质量的1~8%,例如1%、1.1%、1.2%、1.3%、1.4%、1.5%、1.8%、2%、2.2%、2.5%、2.8%、3%、3.5%、4%、4.5%、5%、5.5%、6%、6.5%、7%、7.5%或者8%。进一步地,所述锂盐为六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂中的一种或几种的组合物;优选地,所述锂盐占电解液总质量的10~18%,例如10%、10.1%、10.2%、10.5%、10.8%、11%、11.2%、11.5%、11.8%、12%、12.5%、13%、13.5%、14%、14.5%、15%、15.5%、16%、16.5%、17%、17.5%或者18%。进一步地,所述非水性有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、甲酸甲酯、乙酸乙酯中的一种或几种的组合物;优选地,所述非水性有机溶剂占电解液总质量的80~88%,例如80%、80.5%、81%、81.5%、82%、82.5%、83%、83.5%、84%、84.5%、85%、85.5%、86%、86.5%、87%、87.5%或者88%。另一方面,本专利技术提供一种所述的电解液的制备方法,包括以下步骤:在充满氩气的手套箱中往非水有机溶剂中加入负极成膜有机添加剂、修饰性添加剂,搅拌均匀,制得混合溶液;往所述混合溶液中加入锂盐,搅拌至完全溶解,制得电解液。其中,所述手套箱中的水分≤5ppm,氧分≤1ppm。再一方面,本专利技术提供一种包含所述电解液的高能量密度锂离子电池,还包括正极片、负极片以及位于所述正极片和所述负极片之间的隔膜。进一步地,所述正极片包括铝集流体和正极材料,所述正极材料包括80~99%(例如80%、80.1%、80.2%、80.5%、81%、81.5%、82%、82.5%、83%、83.5%、84%、84.5%、85%、85.5%、86%、86.5%、87%、87.5%或者88%)的正极活性物质、0.5~10%(例如0.5%、0.51%、0.52%、0.53%、0.54%、0.55%、0.58%、0.6%、0.62%、0.65%、0.68%、0.7%、0.75%、0.8%、0.9%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%、4.5%、5%、5.5%、6%、7%、8%、9%或者10%)的导电剂和0.5~10%(例如0.5%、0.51%、0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电解液,其特征在于,包括锂盐、非水性有机溶剂、负极成膜有机添加剂和修饰性添加剂,所述负极成膜有机添加剂为氟代碳酸乙烯酯、1,2-二氟代碳酸乙烯酯、氯代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯中的任一种或至少两种,所述修饰性添加剂为碳酸钾、碳酸钠、碳酸锂中的任一种或至少两种。/n

【技术特征摘要】
1.一种电解液,其特征在于,包括锂盐、非水性有机溶剂、负极成膜有机添加剂和修饰性添加剂,所述负极成膜有机添加剂为氟代碳酸乙烯酯、1,2-二氟代碳酸乙烯酯、氯代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯中的任一种或至少两种,所述修饰性添加剂为碳酸钾、碳酸钠、碳酸锂中的任一种或至少两种。


2.根据权利要求1所述的电解液,其特征在于,所述负极成膜有机添加剂占电解液总质量的1~8%。
优选地,所述修饰性添加剂占电解液总质量的1~8%。


3.根据权利要求1所述的电解液,其特征在于,所述锂盐为六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂中的任一种或至少两种;
优选地,所述锂盐占电解液总质量的10~18%。


4.根据权利要求1所述的电解液,其特征在于,所述非水性有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、甲酸甲酯、乙酸乙酯中的任一种或至少两种;
优选地,所述非水性有机溶剂占电解液总质量的80~88%。


5.一种权利要求1至4任一项所述的电解液的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
在充满氩气的手套箱中往非水有机溶剂中加入负极成膜有机添加剂、修饰性添加剂,搅拌均匀,制得混合溶液;
往所述混合溶液中加入锂盐,搅拌至完全溶解,制得电解液。


6.一种包含权利要求1至4任一项所述电解液的高能量密度锂离子电池,其特征在于,还包括正极片、负极片以及位于所述正极片和所述负极片之间的隔膜。


7.根据权利要求6所述的高能量密度锂离子电池,其特征在于,所述正极片包括铝集流体和正极材料,所述正极材料包括80~99%的正极活性物质、0.5~10%的导电剂和0.5~10%的粘结剂,所述负极片包括铜集流体和负极材料,所述负极材料包括80~99%的负极活性...

【专利技术属性】
技术研发人员:徐宁郭华军李小兵周丹张志平刘聪王永湘
申请(专利权)人:广东博力威科技股份有限公司
类型:发明
国别省市:广东;44

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