用于锂离子电池的电解液、锂离子电池及车辆制造技术

本发明专利技术公开了一种用于锂离子电池的电解液，包括：锂盐和溶剂，所述溶剂包括硅氧烷化合物，其中，所述硅氧烷化合物的质量百分含量不低于80％，所述硅氧烷化合物包括二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、四乙氧基硅烷、2

【技术实现步骤摘要】
用于锂离子电池的电解液、锂离子电池及车辆


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种用于锂离子电池的电解液，特别地，还涉及一种锂离子电池，更进一步地，还涉及一种车辆。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有体积小、质量轻、高比能量和长循环寿命等优点，在现代生活中具有不可替代的地位。随着社会的发展和应用场景的不断拓展，从3C电子到动力电池，再到大规模的电网储能，基于传统钴酸锂、石墨负极和商用电解液框架下的锂离子电池性能的提升即将触及天花板，已经无法跟上消费者不断增长的需求。因此，研究人员致力于开发具有更高能量密度，更高安全程度，更长使用寿命的下一代新型锂离子电池。根据1/C
总
＝1/C
正极
+1/C
负极
，提高正极的比容量对于提升电池整体容量的贡献更大。高镍正极材料如NCM811具有高的比容量，并降低了正极中的钴含量，价格更加便宜，是下一代高能量密度锂电池的技术发展方向。
[0003]锂电池电解液作为电池的重要组成部分之一，一般由锂盐、溶剂和添加剂组成，它们共同决定了电解液的性能。传统锂电池电解液使用的溶剂一般为混合溶剂，一种是在石墨表面分解形成SEI(固态电解质中间相)的环状碳酸酯分子EC(碳酸乙烯酯)，另一类是降低电解液黏度提高电导率的线型碳酸酯分子DMC(碳酸二甲酯)、DEC(碳酸二乙酯)、EMC(碳酸甲乙酯)等。EC虽然是在石墨负极表面形成稳定SEI的重要物质，但其在4.3V左右会发生氧化分解，这可能对应EC向正极表面的氢转移反应，并且高镍含量的正极表面可以催化加速这一过程。氢转移反应的产物水会催化电解液中的PF6‑
，水解产生HF，从而导致过渡金属的溶出问题。因此限制了正极材料性能的发挥，影响了电解液和正极材料的匹配性能和兼容性能。故需要对此进行技术改进。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的实施例提出一种用于锂离子电池的电解液，采用硅氧烷类化合物用作锂离子电池电解液的溶剂，能够有效改善电解液和正极的匹配性能，同时能够与正负极具有优异的兼容性，实现了锂电池的长循环寿命和高库伦效率。
[0005]本专利技术实施例的用于锂离子电池的电解液，包括：锂盐和溶剂，所述溶剂包括硅氧烷化合物，所述硅氧烷化合物选自下述结构式中的至少一种：
[0006][0007]其中，X1，X2，X3独立地选自烷基、卤代烷基、氰基取代烷基或苯基，R1，R2，R3，R4独立地选自烷基或卤代烷基。
[0008]本专利技术实施例的用于锂离子电池的电解液带来的优点和技术效果如下：
[0009]1、本专利技术实施例中，采用特定结构式的硅氧烷化合物作为电解液的溶剂，可以原位地在正极材料表面形成一层含硅的CEI(正极电解质中间相)保护膜，并且特定结构式的硅氧烷化合物具有较强的抗还原能力，通过在电解液中加入该硅氧烷化合物，能够有效改善电解液和正极的匹配性能，同时能够与正负极具有优异的兼容性，实现了锂电池的长循环寿命和高库伦效率；
[0010]2、本专利技术实施例中，该硅氧烷化合物作为电解液的溶剂，由于溶剂分子在电解液中的储量很高，理论上可以接近无限，因此能够给正极提供长效的保护；另外，硅氧烷化合物具有较强的抗还原能力，可以良好地匹配石墨负极，不会发生溶剂共嵌入反应，也可以匹配锂金属负极，由锂盐分解产生的无机产物形成SEI保护膜；
[0011]3、本专利技术实施例的电解液，属于一种兼具宽电化学窗口、工作温区宽和倍率性能优异的电解液体系，在锂电池中具有广阔的应用前景。
[0012]在一些实施例中，所述电解液中，所述硅氧烷化合物的质量百分含量不低于80％。
[0013]在一些实施例中，X1，X2，X3独立地选自C1
‑
C4的烷基、C1
‑
C4的卤代烷基、C1
‑
C4的氰基取代烷基或苯基，R1，R2，R3，R4独立地选自C1
‑
C4的烷基或C1
‑
C4的卤代烷基。
[0014]在一些实施例中，所述硅氧烷化合物包括二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、四乙氧基硅烷、2
‑
氰基乙基三乙氧基硅烷中的至少一种。
[0015]在一些实施例中，所述锂盐包括亚胺基锂盐、磺酸基锂盐、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、二氟草酸硼酸锂中的至少一种，优选地，所述亚胺基锂盐包括双氟磺酸胺锂、双三氟甲基磺酸胺锂或双五氟乙基磺酸胺锂中的至少一种。
[0016]在一些实施例中，所述溶剂中还包括醚类和/或酯类溶剂；所述电解液中还包括添加剂氟代碳酸乙烯酯和/或碳酸亚乙烯酯。
[0017]在一些实施例中，所述电解液中锂盐浓度为1～6M。
[0018]本专利技术实施例还提供了一种锂离子电池，包括正极材料、负极材料和本专利技术实施例的电解液。本专利技术实施例的锂离子电池，具有本专利技术实施例的电解液能够带来的所有优点，在此不再赘述。
[0019]在一些实施例中，所述正极材料包括磷酸铁锂、三元正极材料或天然石墨中的至少一种，所述负极材料包括石墨负极、硅负极、合金负极材料或金属锂负极中的至少一种。
[0020]本专利技术实施例还提供了一种车辆，包括本专利技术实施例的锂离子电池。本专利技术实施
例的车辆，具备本专利技术实施例的锂离子电池能够带来的所有优点，在此不再赘述。
附图说明
[0021]图1是实施例1的制得的锂电池的循环比容量图；
[0022]图2是实施例2制得的锂电池的循环比容量图；
[0023]图3是实施例3制得的锂电池的充放电曲线；
[0024]图4是实施例4制得的锂电池的倍率性能测试比容量图；
[0025]图5是实施例5制得的锂电池的循环比容量图；
[0026]图6是实施例6制得的锂电池的循环比容量图；
[0027]图7是对比例1制得的锂电池的循环比容量图；
[0028]图8是对比例2制得的锂电池的循环比容量图；
[0029]图9是对比例3制得的锂电池的倍率性能测试比容量图；
[0030]图10是对比例4制得的锂电池的循环比容量图；
[0031]图11是对比例5制得的锂电池的循环比容量图。
具体实施方式
[0032]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0033]本专利技术是基于专利技术人对以下事实和问题的发现和认识做出的：基于商用电解液与正极材料不匹配的问题，相关技术提出了EC
‑
free电解液、正极表面包覆及掺杂、多种添加剂改性的策略来解决该问题。
[0034]关于EC
‑
free电解液的策略，去除电解液中的EC成分可以改善正极材料如NCM811的性能，但是降低了石墨负极的SEI稳定性和锂离子电池的首圈库伦效率，需要本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于锂离子电池的电解液，其特征在于，包括：锂盐和溶剂，所述溶剂包括硅氧烷化合物，所述硅氧烷化合物选自下述结构式中的至少一种：其中，X1，X2，X3独立地选自烷基、卤代烷基、氰基取代烷基或苯基，R1，R2，R3，R4独立地选自烷基或卤代烷基。2.根据权利要求1所述的用于锂离子电池的电解液，其特征在于，所述电解液中，所述硅氧烷化合物的质量百分含量不低于80％。3.根据权利要求1所述的用于锂离子电池的电解液，其特征在于，X1，X2，X3独立地选自C1
‑
C4的烷基、C1
‑
C4的卤代烷基、C1
‑
C4的氰基取代烷基或苯基，R1，R2，R3，R4独立地选自C1
‑
C4的烷基或C1
‑
C4的卤代烷基。4.根据权利要求3所述的用于锂离子电池的电解液，其特征在于，所述硅氧烷化合物包括二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、四乙氧基硅烷、2
‑
氰基乙基三乙氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：范修林，黄一强，李如宏，陈立新，康丹苗，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：