电解液以及含有该电解液的锂离子电池制造技术

本发明专利技术涉及锂离子电池领域，具体讲，涉及一种电解液以及包括该电解液的锂离子电池。本发明专利技术的电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂，添加剂中包含氟代碳酸乙烯酯、硅氮烷化合物和环状硫酸酯。本发明专利技术还涉及含有该电解液的锂离子电池。将硅氮烷化合物与环状硫酸酯组合应用于含有氟代碳酸乙烯酯的非水电解液中，既可利用环状硫酸酯和氟代碳酸乙烯酯在石墨、硅或锡基阳极具有优良的SEI成膜效果，又可避免环状硫酸酯对阴阳极界面造成破坏，从而达到改善以石墨、硅或锡基为阳极的锂离子电池循环、倍率和安全性能的效果。

Electrolyte and lithium ion battery containing the same

The invention relates to the field of lithium ion batteries, in particular to an electrolyte and a lithium ion battery comprising the electrolyte. The electrolyte of the present invention comprises a lithium salt, an organic solvent and an additive, wherein the additive comprises a fluorinated ethylene carbonate, a silicon nitrogen compound and a cyclic sulfate ester. The invention also relates to a lithium ion battery containing the electrolyte. Nonaqueous electrolyte silazane compounds with cyclic sulfate combined with fluorinated ethylene carbonate, can use cyclic sulfate and fluoroethylene carbonate has excellent film-forming effect in SEI graphite, silicon or tin based anode, and avoid cyclic sulfate caused by interface on the destruction of yin and Yang, in order to improve the graphite, silicon or tin based anode for lithium ion battery recycling, rate and safety effect.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子电池领域，具体讲，涉及一种电解液以及包括该电解液的锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池的高能量密度、长循环寿命、宽工作温度范围及绿色环保已使得其成为目前移动电子设备的主要能源。但是，近几年来移动电子设备特别是智能手机(更轻、更薄)的飞速发展，也对锂离子电池的能量密度提出了更高的需求。为了提高锂离子电池的能量密度，目前常用的两种方法分别是提高正极材料的工作电压和使用具有更高放电容量的负极材料。其中，Si或Sn及其合金负极材料因为其远高于石墨的理论比容量(4200mAh/g)使得其成为提高锂离子电池能量密度的一个重要发展方向。然而与石墨阳极体系相比，Si或Sn及其合金阳极体系界面稳定性较差，影响循环容量保持率，主要原因可能是Si或Sn及其合金阳极表面的SEI膜易发生破坏：SEI膜的破坏导致了溶剂在阳极表面的副反应，加速了锂离子电池循环容量衰减。有鉴于此，确有必要提供一种可改善Si或Sn及其合金阳极锂离子电池充放电循环性能的电解液。
技术实现思路
本专利技术的首要专利技术目的在于提出一种电解液。本专利技术的第二专利技术目的在于提出含有该电解液的锂离子电池。为了完成本专利技术的目的，采用的技术方案为：本专利技术涉及一种电解液，所述电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述添加剂中包含氟代碳酸乙烯酯、如式Ⅰ所示的硅氮烷化合物和如式Ⅱ所示的环状硫酸酯；其中，在式Ⅰ中，R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7各自独立的选自氢、C1～6烷基，n选自1～5的整数；在式Ⅱ中，R11、R12各自独立的选自氢、C1～6烷基、C1～6烷氧基，n选自0～2的整数。优选的，在式Ⅰ中，R1选自氢或C1～3烷基，R2，R3，R4，R5，R6，R7各自独立的选自C1～3烷基，n选自1、2或3；在式Ⅱ中，R11、R12各自独立的选自氢或C1～3烷基，n选自0或1。优选的，所述硅氮烷化合物选自六甲基二硅氮烷、七甲基二硅氮烷、六乙基二硅氮烷或六丙基二硅氮烷中的至少一种。优选的，所述环状硫酸酯选自硫酸乙烯酯、硫酸丙烯酯、4-甲基硫酸乙烯酯中的至少一种。优选的，所述环状硫酸酯在电解液中的质量百分含量为0.1％～5％。优选的，所述硅氮烷化合物在电解液中的质量百分含量为0.1％～5％。优选的，所述有机溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、1,4-丁内酯、丙酸甲酯、丁酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯或丁酸乙酯中的至少一种；所述锂盐选自六氟磷酸锂、二氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双(氟磺酰)亚胺锂、双草酸硼酸锂或二氟草酸硼酸锂中的至少一种。本专利技术还涉及一种锂离子电池，包括含有正极活性材料的正极片、含有负极活性材料的负极片、锂电池隔膜和本专利技术的电解液。优选的，所述负极材料选自碳素材料、硅基负极材料、锡基负极材料、含有硅的合金负极材料、含有锡的合金负极材料中的至少一种。优选的，所述负极活性材料中含有石墨、硅元素或锡元素中的至少一种。本专利技术的技术方案所能达到有益效果为：环状硫酸酯和氟代碳酸乙烯酯(FEC)在石墨、硅或锡基阳极具有优良的SEI成膜效果，但是环状硫酸酯稳定性差，易反应生成H+或路易斯酸，FEC与LiPF6反应也易生成H+或路易斯酸，对SEI造成破坏，引起循环容量衰减加速。硅氮烷化合物具有吸附H+或路易斯酸的并发生开环反应的作用。专利技术人在研究中惊喜的发现，在含有FEC和环状硫酸酯的非水电解液中加入一定含量的硅氮烷化合物，能较大程度降低电解液表面张力和粘度，改善电解液对阳极极片的浸润性，而且硅氮烷化合物的长的支链展开，能够形成网状结构，并对环状硫酸酯和氟代碳酸乙烯酯具有诱导作用，使其均匀分散，并通过网孔在阳极表面形成均匀致密的保护膜。三者在正极表面也可以形成稳定均匀的钝化膜，明显改善了锂离子电池高电压下循环、倍率和安全性能。具体实施方式根据本申请的一方面，提供了一种锂离子电池中的非水电解液，该非水电解液能够提高阳极中含有硅元素和/或锡元素的锂离子电池的充放电循环容量保持率。该电解液中包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述添加剂中包含氟代碳酸乙烯酯(FEC)、如式Ⅰ所示的硅氮烷化合物和如式Ⅱ所示的环状硫酸酯。本专利技术的硅氮烷化合物如式Ⅰ所示：在式Ⅰ中，R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7各自独立的选自氢、C1～6烷基，n选自1～5的整数；优选的，R1选自氢或C1～6烷基，R2，R3，R4，R5，R6，R7各自独立的选自C1～3烷基，n选自1、2或3。作为本专利技术电解液的一种改进，硅氮烷化合物的结构式如式(Ⅰa)所示：在式Ⅰa中，R2，R3，R4，R5，R6，R7各自独立的选自C1～3烷基，n选自1、2或3。作为本专利技术电解液的一种改进，硅氮烷化合物可选自：本专利技术的环状硫酸酯如式Ⅱ所示：在式Ⅱ中，R11、R12各自独立的选自氢、C1～6烷基、C1～6烷氧基，n选自0～2的整数。优选的，R11、R12各自独立的选自氢或C1～3烷基，n选自0或1。作为本专利技术电解液的一种改进，环状硫酸酯的结构式如式(Ⅱa)所示：作为本专利技术电解液的一种改进，环状硫酸酯的结构式如式(Ⅱb)所示：作为本专利技术电解液的一种改进，环状硫酸酯可选自：上述烷基中碳原子数的优选上限值依次为6、5、4、3、2、1；例如，在碳原子数的上限值为6的情况下，烷基的碳原子数范围是指1～6；烷基的最优选碳原子数为1～5，并进一步优选1～3。烷基可为链烷基或环烷基：链烷基包含直链烷基和带有支链的烷基；环烷基为含有脂环结构的饱和烷基，脂环上可以含有或不含有取代基。上述C1-6烷基包括但不限于：-CH3，-CH2CH3，-(CH2)2CH3，-CH(CH3)2，环丙基，-(CH2)3CH3，-CH2CH(CH3)2，-CH(CH3)CH2CH3，-CH2CH(CH3)2，-C(CH3)3，-(CH2)4CH3，-CH2CH2CH(CH3)2，-CH(CH3)CH2CH2CH3，-CH2CH(CH3)CH2CH3，-CH2C(CH3)3，环己基。作为本专利技术电解液的一种改进，环状硫酸酯在电解液中的质量百分含量为0.1％～5％，并优选1％～5％；硅氮烷化合物在电解液中的质量百分含量为0.1％～5％，并优选0.1％～3％。作为本专利技术电解液的一种改进，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电解液，其特征在于，所述电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述添加剂中包含氟代碳酸乙烯酯、如式Ⅰ所示的硅氮烷化合物和如式Ⅱ所示的环状硫酸酯；其中，在式Ⅰ中，R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7各自独立的选自氢、C1～6烷基，n选自1～5的整数；在式Ⅱ中，R11、R12各自独立的选自氢、C1～6烷基、C1～6烷氧基，n选自0～2的整数。

【技术特征摘要】
1.一种电解液，其特征在于，所述电解液包括锂盐、有机溶剂和添
加剂，所述添加剂中包含氟代碳酸乙烯酯、如式Ⅰ所示的硅氮烷化合物和
如式Ⅱ所示的环状硫酸酯；
其中，在式Ⅰ中，R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7各自独立的选自氢、
C1～6烷基，n选自1～5的整数；
在式Ⅱ中，R11、R12各自独立的选自氢、C1～6烷基、C1～6烷氧基，n
选自0～2的整数。
2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，在式Ⅰ中，R1选自
氢或C1～3烷基，R2，R3，R4，R5，R6，R7各自独立的选自C1～3烷基，n
选自1、2或3；
在式Ⅱ中，R11、R12各自独立的选自氢或C1～3烷基，n选自0或1。
3.根据权利要求2所述的电解液，其特征在于，所述硅氮烷化合物
选自六甲基二硅氮烷、七甲基二硅氮烷、六乙基二硅氮烷或六丙基二硅氮
烷中的至少一种。
4.据权利要求2所述的电解液，其特征在于，所述环状硫酸酯选自
硫酸乙烯酯、硫酸丙烯酯、4-甲基硫酸乙烯酯中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述环状硫酸酯在
电解液中的质量百分含...

【专利技术属性】
技术研发人员：李永坤，唐超，张明，陈培培，付成华，
申请(专利权)人：宁德新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35