一种硅基负极锂离子电池用低温非水电解液及其应用制造技术

本发明专利技术涉及一种硅基负极锂离子电池用低温非水电解液及其应用，属于锂离子电池技术领域。本发明专利技术的电解液包括锂盐和有机溶剂，所述有机溶剂为四氢呋喃，所述电解液还可以包括：添加剂。本发明专利技术提供的电解液可以改善硅基负极界面稳定性，从而提高硅基负极锂离子电池的循环性能。且本发明专利技术的电解液，可显著提高硅基负极低温下的充放电容量保持率，拓宽了硅基负极锂离子电池在低温下的应用。锂离子电池在低温下的应用。锂离子电池在低温下的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种硅基负极锂离子电池用低温非水电解液及其应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种硅基负极锂离子电池用低温非水电解液及其应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池由于具有高能量密度、长寿命、环境友好等优点得以广泛应用。近年来，随着移动电子设备和电动汽车的蓬勃发展，锂离子电池市场需求剧增，同时消费者对于锂离子电池能量密度提出了更高的要求。
[0003]石墨作为目前应用最多的锂离子电池负极材料，其理论比容量为372mAh g
‑1，已无法满足市场对高能量密度的需求。而硅基负极材料由于其高的理论比容量、合适的嵌锂电位，被认为是理想的下一代锂离子电池负极材料。但是硅基负极也存在一些明显的缺点，如：(1)硅基负极在充放电过程中伴随着巨大的体积膨胀率(～320％)，会使得硅颗粒粉化甚至电极脱落，最终导致容量的急剧衰减；(2)硅基材料自身电子导电率和离子导电率较低，不利于其倍率性能；(3)硅基负极与酯类电解液不兼容，且随着硅基负极在合金化反应过程中的反复膨胀及皲裂，电解液在皲裂面将不断反应生成SEI，导致电极容量衰减以及电解液耗尽，最终电池失效。
[0004]为了解决硅基负极材料存在的问题，常用的电解液策略是将氟代碳酸乙烯酯(FEC)引入到电解液中，形成一层均匀、稳定的SEI以改善硅基负极电化学性能，但FEC加入导致后期电池性能的衰减。此外，常用的电解液体系在低温下黏度大幅增加，电导率骤降，造成电池容量下降，影响电池在低温条件下的应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决现有技术中问题，提供一种稳定硅基负极且能够显著改善硅基负极低温充放电性能的硅基负极锂离子电池用低温非水电解液及其应用。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案具体如下：
[0007]本专利技术提供一种硅基负极锂离子电池用低温非水电解液，包括锂盐和有机溶剂，所述有机溶剂为四氢呋喃(THF)。
[0008]作为本专利技术的电解液的一种优选方案，所述电解液还包括：添加剂。
[0009]作为本专利技术的电解液的一种优选方案，所述添加剂为二氟磷酸锂(LiPF2O2)、硝酸锂(LiNO3)、二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)和碳酸亚乙烯酯(VC)中的一种或多种。
[0010]作为本专利技术的电解液的一种优选方案，所述添加剂含量占电解液质量的0.1
‑
10％。
[0011]作为本专利技术的电解液的一种优选方案，所述锂盐为六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)和二氟草酸硼酸锂(LiODFB)中的一种或多种。
[0012]作为本专利技术的电解液的一种优选方案，所述锂盐的浓度为0.8
‑
5mol/L。
[0013]本专利技术还提供一种上述所述的电解液在含硅基负极的锂离子电池上的应用。
[0014]本专利技术所述的电解液还可以用在含硅基负极的非锂电池上。
[0015]本专利技术的有益效果是：
[0016]本专利技术提供的硅基负极锂离子电池用低温非水电解液，以THF为主溶剂，大大降低了电解液的粘度，明显提高了低温时电解液的电导率，更有利于Li
+
的迁移，明显提高了电池的低温性能。并且，由于THF的弱溶剂化效应，电池在常温和低温下具有良好的倍率性能。
[0017]本专利技术提供的硅基负极锂离子电池用低温非水电解液，可以改善硅基负极界面稳定性，从而提高硅基负极锂离子电池的循环性能。且本专利技术的电解液，可显著提高硅基负极低温下的充放电容量保持率，拓宽了硅基负极锂离子电池在低温下的应用。
附图说明
[0018]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。
[0019]图1为对比例1与实施例1的电解液组装的Si/Li半电池的循环性能。
[0020]图2为对比例1与实施例1的电解液组装的Si/Li半电池的低温放电性能。
具体实施方式
[0021]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。
[0022]实施例1：
[0023]电解液配制：将双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、四氢呋喃(THF)混合，充分搅拌5h，得到硅基负极锂离子电池用低温非水电解液，其中LiFSI的浓度为1mol/L。
[0024]实施例2：
[0025]电解液配制：将双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、硝酸锂(LiNO3)、四氢呋喃(THF)混合，充分搅拌5h，得到硅基负极锂离子电池用低温非水电解液，其中LiFSI的浓度为1mol/L，LiNO3的浓度为0.2mol/L。
[0026]实施例3：
[0027]电解液配制：将双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、二氟磷酸锂(LiPF2O2)、四氢呋喃(THF)混合，充分搅拌5h，得到硅基负极锂离子电池用低温非水电解液，其中LiFSI的浓度为1mol/L，LiPF2O2的浓度为0.2mol/L。
[0028]实施例4：
[0029]电解液配制：将双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、二氟草酸硼酸锂(LiODFB)、四氢呋喃(THF)混合，充分搅拌5h，得到硅基负极锂离子电池用低温非水电解液，其中LiFSI的浓度为1mol/L，LiDFOB的浓度为0.2mol/L。
[0030]实施例5：
[0031]电解液配制：将双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、四氢呋喃(THF)混合，充分搅拌5h，得到硅基负极锂离子电池用低温非水电解液，其中LiFSI的浓度为1mol/L，FEC的含量为电解液质量的10％。
[0032]实施例6：
[0033]电解液配制：将双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、四氢呋喃(THF)混合，充分搅拌5h，得到硅基负极锂离子电池用低温非水电解液，其中LiFSI的浓度为5mol/L。
[0034]上述实施例中所用的锂盐、添加剂分别还可以替换为其他种类的，这里不再赘述。
[0035]对比例1：
[0036]电解液配制：电解液组成为1mol/L的LiFSI，溶剂为碳酸乙烯酯(EC)和碳酸甲乙酯(EMC)(质量比3:7)，添加剂为FEC含量占电解液质量的5％。
[0037]电解液的性能测试
[0038]分别取上述实施例1
‑
6和对比例1所配置的电解液，选择硅负极作为工作电极，锂片作为对电极和参比电极，Celgard(聚丙烯，PP)为隔膜制作半电池，每个半电池中电解液的用量均为40μL。在室温25℃恒温下在0.01V到1V之间分别以0.5Ag
‑1充放电3次对电池进行活化，随后的长循环均以1Ag
‑1充放电。计算循环100次后电池的容量保持率，其中电池循环的第N次容量保持率(％)＝第N周充电容量/第四次充电容量
×
100％。与此同时，低温测试是将电池活化后，在常温25℃条件下以0.5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅基负极锂离子电池用低温非水电解液，包括锂盐和有机溶剂，其特征在于，所述有机溶剂为四氢呋喃。2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，还包括：添加剂。3.根据权利要求2所述的电解液，其特征在于，所述添加剂为二氟磷酸锂(LiPF2O2)、硝酸锂(LiNO3)、二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)和碳酸亚乙烯酯(VC)中的一种或多种。4.根据权利要求2或3所述的电解液，其特征在于，所述添加剂含量占电解液质量的0.1
‑
10％。5.根据权利要求1
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：明军，蔡桃，李茜，马征，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：