一种电解液及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种电解液及其制备方法与应用，所述电解液包括功能添加剂，所述功能添加剂包括Si

【技术实现步骤摘要】
一种电解液及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于电池
，涉及一种电解液及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]目前，市场对锂离子电池提出更高的能量密度要求，常规负极材料已无法满足要求，需要通过掺入硅提高负极比容量，硅理论比容量高达4200mAh/g，是一种非常有前景的锂离子电池负极材料。但是硅在完全嵌锂状态下膨胀收缩高达300％以上，会引起SEI膜破裂
‑
再生
‑
破裂现象，从而会加速电解液消耗，造成材料颗粒粉化和脱落，电性能恶化。
[0003]为了减缓这一情况，电解液中常加入大量FEC(氟代碳酸乙烯酯)，但FEC热不稳定，高温下会与LiPF6和EC(碳酸乙烯酯)等发生反应，导致电解液酸度上升，产气量高，恶化高温存储，目前FEC在硅负极上的作用无可替代，因此，通过加入除水抑酸添加剂降低电解液酸度。
[0004]如CN 106025359A公开的一种锂离子动力电池非水电解液，由溶剂、常用锂盐、正极成膜添加剂、改善循环添加剂和除酸除水添加剂组成，所述的除酸除水添加剂为六甲基二硅氮烷、七甲基二硅氮烷、六甲基环三硅氮烷、1,2,3,4,5,6
‑
六甲基环三硅氮烷、三(三甲基硅烷)磷酸酯、三(三甲基硅烷)亚磷酸酯、三(三甲基硅烷)硼酸酯、N,N
‑
二环己基碳酰亚胺、N,N'
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二异丙基碳二亚胺、1
‑
(3
‑
二甲基氨基丙基)
‑3‑
乙基碳二亚胺、二(三甲基硅基)碳酰二亚胺中的至少一种，但是其除酸添加剂的加入虽然能够降低酸度，但是也会对电池循环等性能造成影响。
[0005]基于以上研究，需要提供一种电解液，所述电解液中的功能添加剂能够有效抑制电解液酸度上升，减缓由于FEC存在带来的负面影响，还能保证电解液的其他性能。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种电解液及其制备方法与应用，所述电解液中的功能添加剂具有除水降酸和正负极成膜的双功能作用，能有效抑制电解液酸度上升，减缓FEC热不稳定带来的负面影响，明显改善高温存储性能差的问题，在保证循环性能的同时，能够提高高温性能。
[0007]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供了一种电解液，所述电解液包括功能添加剂，所述功能添加剂的结构式如下所示：
[0009][0010]其中，R1、R2和R3分别独立地选自取代或未取代的烃基、取代或未取代的酰基、取代或未取代的异氰酸酯基或硫酰基中任意一种，R4选自含氮杂环中的任意一种，R4选自含氮杂环中的任意一种。
[0011]本专利技术电解液中的功能添加剂能够发挥除水降酸和正负极成膜的双功能作用，其中，添加剂中含有的Si
‑
O基团能够捕获H2O、PF5和HF等腐蚀性酸，在正极上形成[Si
‑
O
‑
R]结构，使得界面更稳定，保护正极材料免受HF的破坏；同时，R4环中的N原子能与H原子结合形成配合物，消除HF和PF5，且添加剂中的官能团磺酰基(O＝S＝O)能参与生成优良的界面膜，提高锂离子电池的综合性能。
[0012]所述取代或未取代的烃基为取代或未取代的C1～C10直链烃基，例如可以是C1、C3、C5、C7、C9或C10；所述取代或未取代的酰基为取代或未取代的C2～C10直链酰基，例如可以是C2、C3、C5、C7、C9或C10；所述取代或未取代的异氰酸酯基为取代或未取代的C2～C10异氰酸酯基，例如可以是C2、C3、C5、C7、C9或C10。
[0013]优选地，所述取代的烃基包括卤素取代的烃基，所述取代的酰基包括卤素取代的烃基，取代的异氰酸酯基包括烷基取代的异氰酸酯基。
[0014]示例性的，所述烃基包括烷基、乙烯基或丙烯基中的任意一种，卤代烃基包括氟代烷基，所述酰基包括乙酰基，卤代酰基包括氟代乙酰基。
[0015]优选地，所述R4选自中的任意一种，其中，虚线代表基团的连接部位，优选为即所述功能添加剂
优选的结构式为：
[0016]优选地，R1、R2和R3分别独立地选自卤代酰基、卤代烃基或烯基，优选为氟代乙酰基、氟代烷基或乙烯基中的任意一种。
[0017]优选地，所述功能添加剂包括如下化合物中的任意一种：
[0018][0019]优选地，所述电解液中，所述功能添加剂的含量为0.1
‑
1wt％，例如可以是0.1wt％、0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％、0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％、0.8wt％、0.9wt％或1.0wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0020]本专利技术所述功能添加剂的含量会影响其功能发挥，若其添加量过少，则无法很好的起到除水抑酸作用，同时无法对正极形成保护，达不到改善存储性能的效果，若其添加量过多，则会导致阻抗过大，恶化循环性能。
[0021]优选地，所述电解液中还包括碳酸酯类添加剂、锂盐添加剂和含硫添加剂。
[0022]优选地，所述碳酸酯类添加剂包括碳酸亚乙烯酯和/或氟代碳酸乙烯酯，优选为碳酸亚乙烯酯和氟代碳酸乙烯酯。
[0023]优选地，所述电解液中，所述碳酸亚乙烯酯的含量为0.2
‑
1.0wt％，例如可以是
0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％、0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％、0.8wt％、0.9wt％或1.0wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0024]优选地，所述电解液中，所述氟代碳酸乙烯酯的含量为6
‑
12wt％，例如可以是6wt％、8wt％、10wt％或12wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0025]优选地，所述电解液中，所述锂盐添加剂的含量为0.5
‑
1.0wt％，例如可以是0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％、0.8wt％、0.9wt％或1.0wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0026]优选地，所述电解液中，所述含硫添加剂的含量为0.1
‑
0.4wt％，例如可以是0.1wt％、0.15wt％、0.2wt％、0.25wt％、0.3wt％、0.35wt％或0.4wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0027]本专利技术除了在电解液中加入功能添加剂外，还添加了特定含量的其它多种添加剂与之配合发挥作用，其中，碳酸亚乙烯酯能在负极成膜，若其添加量过少，则不能形成致密SEI膜，添加量过大会增大阻抗，且产气严重；氟代碳酸乙烯酯能够在负极成膜，还能减缓硅材料膨胀收缩而引起的SEI膜损坏，但是其添加量过高会恶化高温存储性能，添加量过少会恶化循环性能。
[0028]本专利技术含硫添加剂能在正、负极辅助成膜，且热稳定性较高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电解液，其特征在于，所述电解液包括功能添加剂，所述功能添加剂的结构式如式I所示：其中，R1、R2和R3分别独立地选自取代或未取代的烃基、取代或未取代的酰基、取代或未取代的异氰酸酯基或硫酰基中任意一种，R4选自含氮杂环中的任意一种。2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述R4选自选自中的任意一种，其中，虚线代表基团的连接部位，优选为优选地，R1、R2和R3分别独立地选自卤代酰基、卤代烃基或烯基中的任意一种；优选地，所述功能添加剂包括如下化合物中的任意一种：
3.根据权利要求1或2所述的电解液，其特征在于，所述电解液中，所述功能添加剂的含量为0.1
‑
1wt％；优选地，所述电解液中还包括碳酸酯类添加剂、锂盐添加剂和含硫添加剂；优选地，所述碳酸酯类添加剂包括碳酸亚乙烯酯和/或氟代碳酸乙烯酯。4.根据权利要求3所述的电解液，其特征在于，所述电解液中，所述碳酸亚乙烯酯的含量为0.2
‑
1.0wt％；优选地，所述电解液中，所述氟代碳酸乙烯酯的含量为6
‑
12wt％；优选地，所述电解液中，所述锂盐添加剂的含量为0.5
‑
1.0wt％；优选地，所述电解液中，所述含硫添加剂的含量为0.1
‑
0.4wt％。5.根据权利要求3或4所述的电解液，其特征在于，所述锂盐添加剂包括双氟磺酰亚胺锂、二氟磷酸锂、双草酸硼酸锂或二氟双草酸磷酸锂中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述含硫添加剂包括1,3
‑
丙磺酸内酯...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕伟霞，
申请(专利权)人：湖北亿纬动力有限公司，
类型：发明
国别省市：