用于硅碳负极的电池电解液及含该电解液的锂离子电池制造技术

本发明专利技术属于电池领域，公开了一种用于硅碳负极的锂离子电池用非水电解液及含该电解液的锂离子电池。本发明专利技术用于硅碳负极的锂离子电池用非水电解液包含锂盐、有机溶剂和添加剂，所述有机溶剂包含链状碳酸酯、环状碳酸酯、羧酸酯中的一种或多种，所述添加剂中包含FEC和通式(I)所示的磺酸五氟苯酚酯化合物。该电解液中磺酸五氟苯酚酯具有比FEC更高的还原电位，硅碳体系电池用电解液中加入磺酸五氟苯酚酯类添加剂能减少FEC的使用，抑制电池产气，提高电池的热失稳性能；同时，磺酸类的添加剂能够形成磺酸锂盐类的SEI膜，具有很好高温耐受性，能有效抑制高温条件下电解液与电极表面的接触分解，改善电池的高温性能。改善电池的高温性能。

【技术实现步骤摘要】
用于硅碳负极的电池电解液及含该电解液的锂离子电池


[0001]本专利技术涉及电池领域，具体是涉及一种用于硅碳负极的锂离子电池用非水电解液及含该电解液的锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池因其优异的性能已成为各种电子产品、无线通讯和运输设施等领域最主要的能源存储设备。目前商品化锂离子电池主要采用石墨类碳材料作为负极活性物质，然而碳类负极材料因其比容量不高和锂沉积带来的安全性问题使其不能满足电子设备小型化和车用硅碳体系锂离子电池大功率、高容量要求，因而研发可替代碳材料的高能量密度、高安全性能、适合高低温环境使用的硅碳负极是硅碳体系锂离子电池能否取得突破的一个重要因素，这也对硅碳负极匹配的电解液的开发提出了要求。
[0003]电解液作为硅碳体系锂离子电池的重要组成部分，对硅碳负极电池的循环及充放电性能有着重大的影响。通过优化电解液添加剂，增加阳极SEI膜稳定性是提高硅碳负极稳定性的有效方法。目前用于硅碳负极体系的电解液中，氟代碳酸乙烯酯(FEC)是主要的成膜添加剂，然而硅碳负极在充放电的过程中，膨胀系数很大，使得形成的SEI膜被不断破坏，为了不断补充SEI膜，需要大量的FEC添加剂(约10％)，但这也造成了电池产气严重，给电池安全性能造成了影响；同时，大量加入FEC，也会影响电池的高温性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术为了克服上述
技术介绍
的不足，提供了一种用于硅碳负极的锂离子电池用非水电解液，该电解液中磺酸五氟苯酚酯具有比FEC更高的还原电位，硅碳体系电池用电解液中加入磺酸五氟苯酚酯类添加剂能减少FEC的使用，抑制电池产气，提高电池的热失稳性能；同时，磺酸类的添加剂能够形成磺酸锂盐类的SEI膜，具有很好高温耐受性，能有效抑制高温条件下电解液与电极表面的接触分解，改善电池的高温性能。
[0005]为达到本专利技术的目的，本专利技术用于硅碳负极的锂离子电池用非水电解液包含锂盐、有机溶剂和添加剂，所述有机溶剂包含链状碳酸酯、环状碳酸酯、羧酸酯中的一种或多种，所述添加剂中包含FEC和如通式(I)所示的磺酸五氟苯酚酯化合物：
[0006][0007]其中，R表示碳原子数小于10的烃基。
[0008]进一步地，根据本专利技术实施例，所述通式(I)所示的磺酸五氟苯酚酯化合物包括以
下化合物：
[0009][0010]优选地，所述通式(I)所示化合物占电解液总质量的0.5-10％，例如1％-2％。
[0011]优选地，所述FEC的加入量为电解液总质量的2％-20％，例如5％-7％。
[0012]本专利技术中，所述锂盐可以选自LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiBOB、LiODFB、LiAsF6、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2F)2中的一种或多种；优选地，按锂离子计，所述锂盐在电解液中的浓度为0.5-2M，进一步优选为1-1.5M。
[0013]本专利技术中，所述有机溶剂中链状碳酸酯可以选自碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二丙酯(DPC)中的一种或多种；所述环状碳酸酯可以选自碳酸乙烯酯(EC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸丙烯酯(PC)中的一种或多种；所述羧酸酯可以选自乙酸乙酯(EA)、丙酸乙酯(EP)、乙酸甲酯(MA)、乙酸丙酯(PE)、丙酸甲酯(MP)、丁酸甲酯(MB)、丁酸乙酯(EB)中的一种或多种。
[0014]优选地，所述有机溶剂中包含碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯。
[0015]进一步优选地，所述有机溶剂中碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯按照重量比(2-4)：(5-7)：1，例如3：6：1的比例进行混合。
[0016]作为优选，本专利技术所述添加剂中还包含1,3-丙烷磺内酯(PS)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸丙烯酯(PC)、二氟磷酸锂(LiPO2F2)、硫酸乙烯酯(DTD)、亚硫酸乙烯酯(ES)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSi)中的一种或多种。
[0017]更优选地，本专利技术所述添加剂中还包含碳酸亚乙烯酯、1,3-丙烷磺内酯、硫酸乙烯酯、双氟磺酰亚胺锂；进一步优选地，本专利技术所述添加剂中还包含占电解液总质量0.5％的碳酸亚乙烯酯、占电解液总质量0.5％的1,3-丙烷磺内酯、占电解液总质量1.0％的硫酸乙烯酯、占电解液总质量1.0％的双氟磺酰亚胺锂。
[0018]另一方面，本专利技术还提供了一种锂离子电池，该锂离子电池使用了本专利技术前述用于硅碳负极的电池电解液。
[0019]优选地，所述锂离子电池的制备方法包括将本专利技术前述用于硅碳负极的电池电解液注入到经过充分干燥，4.2V的镍：钴：锰＝8：1：1的镍钴锰(NCM)/硅碳圆柱电池，然后进行封口、陈化、化成和分容。
[0020]本专利技术的锂离子电池用非水电解液能够有效抑制硅碳体系电池因为加入大量的
FEC引起的产气，提高电池在高温条件下的工作性能。相比未添加本专利技术所述添加剂的传统锂离子二次电池，由于本专利技术电解液中添加了磺酸五氟苯酚酯，磺酸五氟苯酚酯具有比FEC更高的还原电位，在硅碳体系电池用电解液中加入本专利技术所述磺酸五氟苯酚酯类添加剂能减少FEC的使用，抑制电池产气，提高电池的热失稳性能。同时，本专利技术所述磺酸类添加剂能够形成磺酸锂盐类的SEI膜，具有非常好的高温耐受性，因此能有效抑制高温条件下电解液与电极表面的接触分解，改善电池的高温效果；并且氟代化合物的引入能降低电池的内阻，改善电池的低温性能。
具体实施方式
[0021]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。应当理解，以下描述仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0022]本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
[0023]当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1至5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1至2”、“1至2和4至5”、“1至3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。在本申请说明书和权利要求书中，范围限定可以组合和/或互换，如果没有另外说明这些范围包括其间所含有的所有子范围。
[0024]本专利技术要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一个，并且单数形式的要素或组分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于硅碳负极的电池电解液，其特征在于，所述用于硅碳负极的锂离子电池用非水电解液包含锂盐、有机溶剂和添加剂，所述有机溶剂包含链状碳酸酯、环状碳酸酯、羧酸酯中的一种或多种，所述添加剂中包含FEC和如通式(I)所示的磺酸五氟苯酚酯化合物：其中，R表示碳原子数小于10的烃基。2.根据权利要求1所述的用于硅碳负极的电池电解液，其特征在于，所述通式(I)所示的磺酸五氟苯酚酯化合物包括以下化合物：优选地，所述通式(I)所示化合物占电解液总质量的0.5-10％，例如1％-2％。3.根据权利要求1或2所述的用于硅碳负极的电池电解液，其特征在于，所述FEC的加入量为电解液总质量的2％-20％，例如5％-7％。4.根据权利要求1所述的用于硅碳负极的电池电解液，其特征在于，所述锂盐选自LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiBOB、LiODFB、LiAsF6、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2F)2中的一种或多种；优选地，按锂离子计，所述锂盐在电解液中的浓度为0.5-2M，进一步优选为1-1.5M。5.根据权利要求1所述的用于硅碳负极的电池电解液，其特征在于，所述有机溶剂中链状碳酸酯选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸二丙酯中的一种或多种；所述环状碳酸酯选自碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸丙烯酯中的一种或多种；所述羧酸酯选自乙酸乙酯、丙酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丁酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨冰，杜建委，吴杰，周彤，曹青青，
申请(专利权)人：杉杉新材料衢州有限公司，
类型：发明
国别省市：