一种高比能的锂离子电池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高比能的锂离子电池电解液及锂离子电池，涉及锂离子电池技术领域，所述电解液包括以下组分：锂盐、有机溶剂、成膜添加剂、硼酸酯类添加剂；所述硼酸酯类添加剂为2,5

【技术实现步骤摘要】
一种高比能的锂离子电池电解液及锂离子电池


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及一种高比能的锂离子电池电解液及锂离子电池。

技术介绍

[0002]随着智能手机和笔记本电脑等移动互联网设备的普及，电动自行车和电动摩托等电动交通工具的推广，以及无人机和太空探测器等航空航天技术的发展，锂离子电池面临着更高的发展要求，而体积小、能量密度高已成为高比能锂离子电池的研发方向。
[0003]目前高比能锂离子电池应用最有前景的方向是硅碳材料体系。然而，硅碳负极也存在着诸多问题：硅颗粒在脱嵌理时伴随着的体积膨胀和收缩而导致的颗粒粉化、脱落以及电化学性能失效；硅颗粒表面固体电解质层(SEI)的持续生长来自于与电解液持续的副反应，从而导致使用硅碳负极材料的高比能电池循环等性能较差。

技术实现思路

[0004]基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种高比能的锂离子电池电解液及锂离子电池，其电解液中含有硼酸酯类添加剂，能够优先在硅负极生成致密结构稳定的钝化膜，由B
‑
O
‑
Si断裂产生的氧原子与硅负极活性点反应可降低其活性，从而达到抑制电解液循环过程中在硅负极活性点上分解的效果，同时戊环侧端开环反应能够生成类似聚合物固态电解质膜，该固态电解质膜离子导电能力较好，有较强的柔韧性，能够抑制循环过程中硅颗粒膨胀导致的电解液持续消耗，降低界面阻抗，进而提高高比能电芯体系锂离子电池的循环稳定性。
[0005]本专利技术提出的一种高比能的锂离子电池电解液，包括以下组分：锂盐、有机溶剂、成膜添加剂、硼酸酯类添加剂；所述硼酸酯类添加剂为2,5
‑
二烷基
‑1‑
氧戊环三甲基硅烷硼酸酯类化合物，其结构式如式(Ⅰ)所示：
[0006][0007]其中，R1、R2各自独立的选自芳基、腈基、C1
‑
C3烷基、C1
‑
C3烯基或C1
‑
C3氟代烷基。
[0008]优选地，电解液中，所述硼酸酯类添加剂的含量为0.1～5wt％。
[0009]优选地，所述锂盐选自氯化锂、氟化锂、硝酸锂、六氟磷酸锂、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、二氟草酸硼酸锂、二氟磷酸锂中的一种或一种以上的组合。
[0010]优选地，电解液中，所述锂盐的含量为10～15％。
[0011]优选地，所述有机溶剂选自碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、甲酸乙酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、丁酸乙酯、丙酸甲酯、四氢呋喃中的一种或一种以上的组合。
[0012]优选地，电解液中，所述有机溶剂的含量为75～85％。
[0013]优选地，所述成膜添加剂选自硫酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、环己基苯、碳酸乙烯亚乙酯中的一种或一种以上的组合。
[0014]优选地，电解液中，所述成膜添加剂的含量为1～5％。
[0015]本专利技术的另一个目的是要提出一种锂离子电池，其包括正极、负极、隔膜和上述所述的电解液。
[0016]有益效果：本专利技术通过向电解液中添加硼酸酯类添加剂2,5
‑
二烷基
‑1‑
氧戊环三甲基硅烷硼酸酯，在电池化成过程中优先在硅负极生成致密结构稳定的钝化膜，由B
‑
O
‑
Si断裂产生的氧原子与硅负极活性点反应可降低其活性，从而达到抑制电解液循环过程中在硅负极活性点上分解的效果；同时戊环侧端开环反应能够生成类似聚合物固态电解质膜，该固态电解质膜离子导电能力较好，有较强的柔韧性，能够抑制循环过程中硅颗粒膨胀导致的电解液持续消耗，降低界面阻抗，进而提高高比能电芯体系锂离子电池的循环稳定性。
具体实施方式
[0017]下面，通过具体实施例对本专利技术的技术方案进行详细说明。
[0018]为了方便理解本专利技术，下面将结合具体的实施例对本专利技术进行更全面的描述。
[0019]对比例1
[0020]电解液的制备：
[0021]在充满氩气的手套箱中(水分＜0.1ppm，氧分＜0.1ppm)，将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)和碳酸甲乙酯(EMC)按质量比30:20:50混合均匀，再缓慢加入质量分数为13.5％的六氟磷酸锂(LiPF6)，一边加入一边缓慢搅拌至其完全溶解，然后加入质量分数为3％的碳酸亚乙烯酯，搅拌均匀后制得基础电解液。
[0022]实施例1
[0023]高比能电解液的制备：
[0024]在充满氩气的手套箱中(水分＜0.1ppm，氧分＜0.1ppm)，将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)和碳酸甲乙酯(EMC)按质量比30:20:50混合均匀，再缓慢加入质量分数为13.5％的六氟磷酸锂(LiPF6)，一边加入一边缓慢搅拌至其完全溶解，然后加入质量分数为3％的碳酸亚乙烯酯和质量分数1％的硼酸酯类添加剂1，搅拌均匀后制得高比能电解液。
[0025]其中，硼酸酯类添加剂1的结构式为：
[0026]实施例2
[0027]本实施例中的高比能电解液，仅硼酸酯类添加剂与实施例1中不同，为质量分数1％的硼酸酯类添加剂2，其余组分、含量和制备方法均与实施例1相同。
[0028]其中，硼酸酯类添加剂2的结构式为：
[0029]实施例3
[0030]本实施例中的高比能电解液，仅硼酸酯类添加剂与实施例1中不同，为质量分数1％的硼酸酯类添加剂3，其余组分、含量和制备方法均与实施例1相同。
[0031]其中，硼酸酯类添加剂3的结构式为：
[0032]实施例4
[0033]本实施例中的高比能电解液，仅硼酸酯类添加剂与实施例1中不同，为质量分数1％的硼酸酯类添加剂4，其余组分、含量和制备方法均与实施例1相同。
[0034]其中，硼酸酯类添加剂4的结构式为：
[0035]实施例5
[0036]本实施例中的高比能电解液，仅硼酸酯类添加剂与实施例1中不同，为质量分数1％的硼酸酯类添加剂5，其余组分、含量和制备方法均与实施例1相同。
[0037]其中，硼酸酯类添加剂5的结构式为：
[0038]实施例6
[0039]本实施例中的高比能电解液，仅硼酸酯类添加剂与实施例1中不同，为质量分数1％的硼酸酯类添加剂6，其余组分、含量和制备方法均与实施例1相同。
[0040]其中，硼酸酯类添加剂6的结构式为：
[0041]实施例7
[0042]本实施例中的高比能电解液，仅硼酸酯类添加剂与实施例1中不同，为质量分数1％的硼酸酯类添加剂7，其余组分、含量和制备方法均与实施例1相同。
[0043]其中，硼酸酯类添加剂7的结构式为：
[0044]实施例8
[0045]本实施例中的高比能电解液，仅硼酸酯类添加剂与实施例1中不同，为质量分数1％的硼酸酯类添加剂8，其余本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高比能的锂离子电池电解液，其特征在于，包括以下组分：锂盐、有机溶剂、成膜添加剂、硼酸酯类添加剂；所述硼酸酯类添加剂为2,5
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二烷基
‑1‑
氧戊环三甲基硅烷硼酸酯类化合物，其结构式如式(Ⅰ)所示：其中，R1、R2各自独立的选自芳基、腈基、C1
‑
C3烷基、C1
‑
C3烯基或C1
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C3氟代烷基。2.根据权利要求1所述的高比能的锂离子电池电解液，其特征在于，电解液中，所述硼酸酯类添加剂的含量为0.1～5wt％。3.根据权利要求1或2所述的高比能的锂离子电池电解液，其特征在于，所述锂盐选自氯化锂、氟化锂、硝酸锂、六氟磷酸锂、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、二氟草酸硼酸锂、二氟磷酸锂中的一种或一种以上的组合。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的高比能的锂离子电池电解液，其特征在于，电解液中，所述锂盐的含量为1...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁大宇，刘欣，宫璐，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：