一种以硅基材料为负极材料的锂离子电池用电解液及锂离子电池制造技术

本发明专利技术公开了一种以硅基材料为负极材料的锂离子电池用电解液及锂离子电池，该电解液包括：锂盐、非水有机溶剂、成膜添加剂，其中，所述非水有机溶剂包括碳酸乙烯酯，所述成膜添加剂包括三（五氟苯基）硼烷。该电解液中的TPFPB作为SEI膜的成膜添加剂，有助于在负极材料表面形成稳定完整的SEI膜，减弱硅基材料作为负极材料时的硅的体积效应引起的粉化现象，且TPFPB会通过SEI膜释放出来自由移动的锂离子，这样就会抵消掉SEI膜的形成过程中消耗的部分锂离子，减少锂离子消耗，提高充放电效率和循环性能。且TPFPB的结构特点决定了其自身比较稳定不容易分解，提高了电解液的寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种以硅基材料为负极材料的锂离子电池用电解液及锂离子电池
本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种以硅基材料为负极材料的锂离子电池用电解液及锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池由于其具有能量密度高、循环性能好等优点而受到人们的关注，近二十年来得到了飞速的发展。电动汽车主要由锂离子电池提供能量，随着电动汽车的逐步发展，人们对锂离子电池的能量密度提出了更高的要求。目前商用的锂离子电池负极材料采用石墨负极材料，其充放电比容量较低，理论容量为372mAh/g，已不能适应目前各种便携式电子设备的小型化和电动汽车对大容量高功率化学电源的广泛需求。硅基材料已成为替代石墨类负极材料的最理想的候选材料之一，因为其不仅有高的理论比容量（4200mAh/g），同时含量也极为丰富，然而，硅基材料低的首次库伦效率和差的循环性能限制了它的实际应用，阻碍硅基材料的应用的主要原因是硅基材料中的硅在充放电过程中存在着巨大体积效应，最终导致硅基材料结构的塌陷和硅基材料与电解液之间的固液界面层的破坏。在锂电池首次循环时由于电解液和负极材料在固液相间层面上发生反应，所以会形成一层SEI膜。SEI膜作用如下：第一，SEI膜对负极材料会产生保护作用，使材料结构不容易崩塌，增加电极材料的循环寿命。第二，SEI膜在产生过程中会消耗一部分锂离子，而负极反应过程其实就是一个在碳的层间结构中锂离子嵌入与脱出的一个过程。所以SEI膜的形成是会降低负极首次循环效率的。但是，现有的LiB(C2O4）2（双草酸硼酸锂）体系电解液、LiPF6（六氟磷酸锂）体系电解液，由于其导电性差或不能在硅基材料表面形成致密的SEI膜，因而导致了以硅基材料为负极材料的锂离子电池的低充放电效率和差的循环性能，现有的以硅基材料为负极材料的锂离子电池的电解液难以适应实际应用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种以硅基材料为负极材料的锂离子电池用电解液及锂离子电池，该电解液有助于在负极材料表面形成稳定完整的SEI膜，且会通过SEI膜释放出来自由移动的锂离子。解决本专利技术技术问题所采用的技术方案是提供一种以硅基材料为负极材料的锂离子电池用电解液包括：锂盐、非水有机溶剂、成膜添加剂，其中，所述非水有机溶剂包括碳酸乙烯酯（EC），所述成膜添加剂包括三（五氟苯基）硼烷（TPFPB）。优选的是，所述三（五氟苯基）硼烷的含量为所述电解液总重量的1%～7%。优选的是，所述成膜添加剂还包括碳酸亚乙烯酯（VC）、碳酸乙烯亚乙酯（VEC）、1,3-磺酸丙内酯（1,3-PS）、1,4-磺酸丁内酯（1,4-BS）中一种或几种。优选的是，成膜添加剂中的除所述三（五氟苯基）硼烷外的其余成膜添加剂的含量为所述电解液总重量的2%～5%。优选的是，所述锂盐为LiPF6、LiClO4、LiB(C2O4）2中的一种或几种。优选的是，所述锂盐的浓度为0.5M～1.2M。优选的是，所述非水有机溶剂还包括二乙基碳酸酯（DEC）、二甲基碳酸酯（DMC）、乙基甲基碳酸酯（EMC）、氟代碳酸乙烯酯（FEC）中一种或几种。优选的是，所述硅基材料为硅材料、硅碳复合材料、硅合金材料中的一种或几种。本专利技术还提供一种锂离子电池，包括上述的电解液。本专利技术中的以硅基材料为负极材料的锂离子电池用电解液中的TPFPB作为SEI膜的成膜添加剂，有助于在负极材料表面形成稳定完整的固态电解质膜（SEI膜），减弱硅基材料作为负极材料时的硅的体积效应引起的粉化现象，且TPFPB会通过SEI膜释放出来自由移动的锂离子，这样就会抵消掉SEI膜的形成过程中消耗的部分锂离子，减少锂离子消耗，提高充放电效率和循环性能。且TPFPB的结构特点决定了其自身比较稳定不容易分解，提高了电解液的寿命。附图说明图1是本专利技术实施例1与对比例1中的电解液分别制成的锂离子电池的充放电循环性能测试图。具体实施方式为使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，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描述。实施例1本实施例提供一种以硅碳复合材料为负极材料的锂离子电池用电解液，包括：锂盐LiPF6，非水有机溶剂EC、DEC和FEC（其中，EC、DEC和FEC的质量比为EC：DEC：FEC=6:3:1），成膜添加剂VC和TPFPB。其中，LiPF6的浓度为1M，VC的含量为所述电解液总重量的2%，TPFPB的含量为所述电解液总重量的5%。该电解液的配制方法如下：将锂盐LiPF6溶于非水有机溶剂EC、DEC和FEC的混合溶剂中，其中，EC、DEC和FEC的质量比为EC：DEC：FEC=6:3:1，LiPF6的浓度为1M；然后再在该溶液中加入成膜添加剂VC，再加入成膜添加剂TPFPB，得到电解液。其中，VC的含量为所述电解液总重量的2%，TPFPB的含量为所述电解液总重量的5%。在锂离子电池中，SEI膜的形成对电极材料尤其是负极材料能够产生至关重要的影响，一方面，SEI膜的形成消耗了部分锂离子，使得首次充放电不可逆容量增加，降低了负极材料的充放电效率；另一方面，SEI膜具有有机溶剂不溶性，在有机电解质溶液中能稳定存在，并且溶剂分子不能通过该钝化膜，从而能有效防止溶剂分子的共嵌入，避免了因溶剂分子共嵌入对负极材料造成的破坏，因而大大提高了负极的循环性能和使用寿命。本实施例中的硅碳复合材料为负极材料的锂离子电池用电解液中的TPFPB作为SEI膜的成膜添加剂，有助于在负极材料表面形成稳定完整的SEI膜。TPFPB不仅具有促进在负极材料上形成SEI膜的作用，同时TPFPB相对于现有技术中的成膜添加剂VC等具有更多的作用。TPFPB中的苯基上连接的氟的电负性很强，五个氟与苯基具有强的共轭效应，使得五氟苯基成为非常强的吸电子基，且五氟苯基强烈的吸引着硼周围的电子，从而使得硼周围的电子云密度大大降低，这样硼就具有很强的Lewis酸性，且硼本身是缺电子化合物，因此，TPFPB很容易与SEI膜中的惰性物质如LiF、Li2O、Li2O2等反应，使这几种物质在电解液中的溶解度增加，这一过程释放出自由移动的锂离子，因而增加了电解液的电导率，这样负极材料的循环和倍率性能都会相应的提高。TPFPB有利于形成更加稳定的SEI膜，提高负极材料表层分子膜的稳定性，减少溶剂分子的共嵌入。且TPFPB的结构特点决定了其自身比较稳定不容易分解，提高了电解液的寿命。另外一方面，SEI膜的形成过程中消耗了部分锂离子，而由于电解液中的TPFPB会通过SEI膜释放出来自由移动的锂离子，这样就会抵消掉SEI膜的形成过程中消耗的部分锂离子，从而降低负极材料的首次充放电不可逆容量。硅基材料作为负极材料的循环性能差，例如，本实施例中的硅碳复合材料，就是因为硅碳复合材料的体积效应导致其外形成的SEI膜开裂粉化，这样在充放电循环过程中就要不停地重新生成SEI膜，从而不停的消耗电解液中的锂盐中的锂。而电解液中的TPFPB会通过SEI膜释放出来自由移动的锂离子，这样就大大减少了电解液中的锂盐中的锂的损失。综上所述，电解液中的TPFPB促进形成了更加稳定的SEI膜，锂离子电池在充放电过程中，负极上的负极活性物质硅碳复合材料中的硅的体积效应的粉化现象就减弱，使得电池的充放电效率提高，循环性能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以硅基材料为负极材料的锂离子电池用电解液，包括：锂盐、非水有机溶剂、成膜添加剂，其中，所述非水有机溶剂包括碳酸乙烯酯，其特征在于，所述成膜添加剂包括三（五氟苯基）硼烷。

【技术特征摘要】
1.一种以硅基材料为负极材料的锂离子电池用电解液，包括：锂盐、非水有机溶剂、成膜添加剂，其中，所述非水有机溶剂包括碳酸乙烯酯，其特征在于，所述成膜添加剂包括三(五氟苯基)硼烷，所述三(五氟苯基)硼烷的含量为所述电解液总重量的1％～7％，所述成膜添加剂还包括碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、1,3-磺酸丙内酯、1,4-磺酸丁内酯中一种或几种，成膜添加剂中的除所述三(五氟苯基)硼烷外的其余成膜添加剂的含量为所述电解液总重量的2％～5％，所述非水有机溶剂还包括氟代碳酸乙烯酯。2...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱广燕，焦方方，
申请(专利权)人：奇瑞汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：