【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池，具体涉及一种具有优异高温存储和高温循环性能的锂离子电池。
技术介绍
1、锂离子电池因具有工作电压高、工作温度范围广、输出功率大、无记忆效应和循环寿命长等优点，在智能手机、便携电器、医疗电子、航空航天、电动工具、混合型动力汽车等领域获得了广泛应用。随着各个领域对电池能量密度需求的飞速提高，迫切需要开发出更高能量密度的锂离子电池。
2、目前锂离子二次电池所使用的负极主要是在充放电循环的寿命、成本方面有利的碳基材料；而硅基材料因其具有比碳基材料更高的理论容量，可以实现高能量密度而急速发展。然而，硅基负极在吸收和解吸锂离子期间活性材料的膨胀和收缩会导致大的体积变化，使得sei膜(固体电解质中间相)不断进行破裂与重组，活性材料粒子在重复的充放电期间裂解，导致露出新的活性表面，而新的活性表面容易使电解质溶剂分解进而劣化电池的循环特性。并且在高温条件下，硅基负极活性材料的体积变化会进一步增加，导致锂离子二次电池的失效加速。而实际生活中，锂离子二次电池在电动工具、混合型动力汽车上的使用中，难以保证长期处于最适温度，通常长时间使用下锂离子二次电池会处于较高温度，硅基负极活性材料的膨胀和收缩所导致的体积变化进一步增大，破坏负极表面上sei膜或影响负极表面上sei膜的修复，从而影响锂离子二次电池的使用寿命。
3、因此，需要开发具有优异高温存储和高温循环性能的同时实现高能量密度的二次锂离子电池。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种
2、本专利技术采用以下技术方案：
3、一种锂离子电池，包括正极、负极和非水电解液；
4、所述负极包括包含负极活性材料的负极材料层，所述负极活性材料包括硅基材料；
5、所述非水电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述有机溶剂包括氟代碳酸乙烯酯，所述添加剂包括结构式1所示的硅烷化合物：
6、
7、其中，r1、r2、r3和r4各自独立地选自取代或未取代的c1～c5的烷基、取代或未取代的c2～c5的烯基和取代或未取代的c2～c5的炔基，且r1-r4中至少有一个选自取代或未取代的c2～c5的烯基；
8、所述锂离子电池满足以下条件：
9、5≤(s×r)/(f×t)≤35，且9≤s≤18，1.4≤r≤1.68，5≤f≤15，0.025≤t≤0.5；
10、其中，s为负极材料层中硅元素的质量百分含量，单位为wt％；
11、r为负极材料层的压实密度，单位为g/cm3；
12、f为非水电解液中氟代碳酸乙烯酯的质量百分含量，单位为wt％；
13、t为非水电解液中结构式1所示的硅烷化合物的质量百分含量，单位为wt％。
14、本专利技术的锂离子电池采用硅基负极材料，可有效提升电池能量密度，并且负极活性材料中硅元素的含量越高，其理论能量密度越高。但是由于硅基负极活性材料在锂离子电池充放电过程中，随着锂离子的嵌入和脱出，硅的体积变化非常大(100～300％)，容易导致电极内的电子传导路径断开和粒子的微粉化等劣化问题。而粒子的微粉化会导致活性高的新生面外露，其表面会与电解液发生反应而引起活性材料表面变质，并且在高温环境下，电解液与负极活性材料表面的反应愈加剧烈，从而导致活性材料容量下降以及电池寿命缩短等问题，因此需要控制硅元素的含量。此外，由于负极活性材料中硅元素的含量越高，其伴随锂离子的嵌入/脱出而产生的体积变化越大；因此在控制硅元素含量的同时，通过调控负极材料层的压实密度，来保证电池性能。具体的，由于负极材料层的压实密度越小，负极材料层的孔道结构越发达，越有利于活性粒子的液相传导。即使负极活性材料中硅元素的含量上升，负极材料层也能承受电池经历多次充放电反复膨胀。但是压实密度过小时，会导致负极极片脱膜掉粉，充电时电子电导率较差而产生析锂，影响电池寿命的同时也会降低电池的能量密度。因此本专利技术在控制硅元素在负极材料层中含量的同时，通过调控负极材料层压实密度，可在硅元素含量增高的同时，减小负极材料层的压实密度，以维持负极材料层中硅元素的质量百分含量s和负极极片中负极材料层的压实密度r的乘积(s×r)相对稳定。具体的，负极材料层中硅元素的质量百分含量s为9wt％、10wt％、11wt％、12wt％、13wt％、14wt％、15wt％、16wt％、17wt％、18wt％或以上任何数值所组成的范围；优选的，负极材料层中硅元素的质量百分含量s为10wt％～16wt％。负极材料层的压实密度r为1.4g/cm3、1.45g/cm3、1.48g/cm3、1.5g/cm3、1.52g/cm3、1.55g/cm3、1.58g/cm3、1.6g/cm3、1.63g/cm3、1.65g/cm3、1.68g/cm3或以上任何数值所组成的范围；优选的，所述负极材料层的压实密度r为1.5g/cm3～1.65g/cm3。
15、氟代碳酸乙烯酯(fec)能在硅基负极表面形成具有良好弹性的固态电解质膜，有效的连接硅基活性材料，抑制其在充放电过程的体积变化，保证颗粒之间的良好接触，显著的提高锂离子电池的容量保持率，并降低负极极片的厚度膨胀率。在循环过程中，氟代碳酸乙烯酯的含量不足时，会导致含硅基负极活性材料的负极的循环寿命突然跳水；但是过高的氟代碳酸乙烯酯含量可能会导致电池产气问题的加剧，同样会造成电池循环寿命的衰减，并且过量的氟代碳酸乙烯酯会增加界面的电荷交换阻抗，引起电池阻抗的增加，影响电池的电化学性能。因此，需根据负极材料层中硅元素的含量来控制氟代碳酸乙烯酯的添加量，从而有效延长含硅基负极活性材料的负极的循环寿命。具体的，氟代碳酸乙烯酯占非水电解液的质量百分含量f为5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％、10wt％、11wt％、12wt％、13wt％、14wt％、15wt％或以上任何数值所组成的范围；优选的，氟代碳酸乙烯酯占非水电解液的质量百分含量f为6wt％～12wt％。
16、硅基材料负极稳定性不足，副反应相对其他体系更多且剧烈，结构式1所示的硅烷化合物因含有不饱和碳碳双键，能吸收电解液中不稳定的自由基，减少副反应，在负极表面得电子生成有机碳酸盐保护负极；也在正极成膜保护电池具有良好的高温性能，抑制高温存储产气。但是，与氟代碳酸乙烯酯相似，过高的结构式1所示的硅烷化合物使用量会引起电池阻抗的增加，影响电池电化学性能，因此需要控制结构式1所示的硅烷化合物与氟代碳酸乙烯酯的使用量，根据负极材料层中硅元素的含量s和负极材料层的压实密度r的乘积(s×r)调整氟代碳酸乙烯酯在非水电解液中的含量f和结构式1所示的硅烷化合物在非水电解液中的质量百分含量t的乘积(f×t)，以兼顾其对高温性能以及电池电化学综合性能的影响。具体的，所述结构式1所示的硅烷化合物占非水电解液的质量百分含量t可以但不限于为0.025wt％、0.03wt％、0.05wt％、0.07wt％、0.09wt％、0.1wt％、0本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种锂离子电池，其特征在于，包括正极、负极和非水电解液；
2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池满足以下条件：6≤(S×R)/(F×T)≤30。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述负极材料层中硅元素的质量百分含量S为10wt％～16wt％。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述非水电解液中氟代碳酸乙烯酯的质量百分含量F为6wt％～12wt％。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述非水电解液中结构式1所示的硅烷化合物的质量百分含量T为0.05wt％～0.3wt％。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述负极材料层的压实密度R为1.5g/cm3～1.65g/cm3。
7.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述结构式1所示的硅烷化合物包括四乙烯基硅烷、三乙烯基乙基硅烷、二乙烯基二乙基硅烷、三乙烯基乙氧基硅烷、乙烯基三乙基硅烷、三乙烯基乙炔基硅烷、四丙烯基硅烷、三乙烯基丙基硅烷、三丙烯基丙基硅烷、二丙烯基二丙基硅烷、
8.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述硅基材料包括硅材料、硅氧化物材料、硅碳材料和硅合金材料中的至少一种；和/或，
9.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述有机溶剂还包括除氟代碳酸乙烯酯以外的环状碳酸酯、线状碳酸酯、羧酸酯和醚类化合物中的至少一种；和/或，
10.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述非水电解液中还包括辅助添加剂，所述辅助添加剂包括环状硫酸酯类化合物、磺酸内酯类化合物、环状碳酸酯类化合物、磷酸酯类化合物、硼酸酯类化合物和腈类化合物中的至少一种；和/或，
...【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池，其特征在于，包括正极、负极和非水电解液；
2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池满足以下条件：6≤(s×r)/(f×t)≤30。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述负极材料层中硅元素的质量百分含量s为10wt％～16wt％。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述非水电解液中氟代碳酸乙烯酯的质量百分含量f为6wt％～12wt％。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述非水电解液中结构式1所示的硅烷化合物的质量百分含量t为0.05wt％～0.3wt％。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述负极材料层的压实密度r为1.5g/cm3～1.65g/cm3。
7.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：林雄贵，向晓霞，皮琛琦，邓锦泉，李利民，
申请(专利权)人：深圳新宙邦科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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