【技术实现步骤摘要】
本申请属于锂离子电池，具体涉及一种电解液及含有其的电池。
技术介绍
1、当下，人们对储能设备能量密度的要求日益提高，传统的石墨负极已经越来越不能满足要求，而si高达4200mah/g的理论比容量深受人们的关注。使用含硅材料作为锂离子电池的负极可以显著提高电池的能量密度，符合当前主流市场的需求。虽然硅的加入能够提升负极端可逆容量，使得电池整体容量密度增加，但硅负极也有着亟待解决的问题，主要体现在以下两方面：首先，含si负极在电化学过程中硅纳米结构会发生体积的过度膨胀与坍缩；其次，体积的超负荷变化也会让si负极与电解液一侧的sei膜持续破碎重组，性质异常不稳定，长此以往，将会极大地消耗电解液，并且会极大地影响锂离子在负极的传输通道，失去了硅相较于传统碳基负极的优势。
2、针对硅负极问题，开发新型与之适配的电解液，以缓解硅负极目前存在的系列问题，是一种有效地改善手段。在现有石墨电极常用的碳酸盐体系电解液中，硅电极形成的sei膜往往脆弱，并且会大量消耗电解液，lipf6中的f-与硅不受约束地发生副反应。因此，如何开发出一种与之适配的电解液，对于进一步优化含硅负极电池性能有重要的意义。
技术实现思路
1、为解决现有技术中存在的问题与不足，本申请提供一种电解液及含有其的电池，该电解液通过引入特定的功能添加剂，可以有效提升硅负极界面sei膜的稳定性，优化硅负极稳定性，同时还可以防止过渡金属溶出，优化正极稳定性。由此，使用该电解液所制备得到的电池，其循环性能以及倍率性能得到了明显的优化
2、根据本申请的第一方面，提供一种电解液，其特征在于：包括锂盐、有机溶剂、功能添加剂；功能添加剂的结构式为：
3、
4、在本申请所提供的电解液中，其通过引入上述特定结构式的功能添加剂，该功能添加剂中含有氰基和含氧硅烷活性基，能够有效改善负极sei膜的稳定性特别是含硅负极sei膜的稳定性，提高负极界面稳定性，同时也能够进一步促进正极界面的稳定性，因此本申请所提供的电解液能够进一步优化电池的电化学性能如循环性能和倍率性能等。具体而言，其一，含氧硅烷活性基团可和h2o和hf反应，可以通过选择性去除hf和h2o以提高负极sei膜的质量，而减少了hf，又可进一步减少对高镍正极的腐蚀，降低过渡金属离子溶出，提高正极稳定性，进而优化电池的容量、循环性能和倍率性能。其二，氰基具有较强的配位能力，可以和电极表面的活性位点(如一些高价态的金属离子如镍、钴、锰等)结合，起到掩蔽正极表面这些活性过渡金属离子的作用，防止过渡金属离子的溶出，减少电极与电解液之间的副反应，提高电极与电解液之间的相容性，进而改善电池的电化学性能。
5、而且，引入上述功能添加剂，也有利于提高电解液整体的稳定性，减少电解液的氧化分解，同时还能够跟电解液中的其他成分有一个良好的相互作用，且不会影响电解液中其他成分的作用发挥，可以和电解液的其他成分产生一定的协同作用，达到进一步优化负极sei膜稳定性以及提高正极稳定性的效果，进而达到进一步优化电池电化学性能的效果。
6、优选地，r1包括碳原子数不低于5个的烷基链或取代烷基链或任意取代基；r2、r3、r4独立地包括碳原子数不超过4个的烷基链或取代烷基链或任意取代基。保证上述各取代基的烷基链或取代烷基链的碳原子数在上述范围内，能够保证功能添加剂有较好的溶解性的同时，还能够使功能添加剂发挥出更好的作用，促进负极sei成膜的稳定性，同时有利于提高锂离子传输效率，优化电池整体性能。
7、优选地，r2、r3、r4独立地包括甲基、乙基中的至少一种。当为甲基和/乙基时，含氧硅烷活性基具有更高的活性，更有利于发挥功能添加剂与h2o和hf的反应效果，达到去除h2o和hf更好的效果，能进一步降低界面副反应，而提高负极sei膜的稳定性，同时也能进一步促进正极的稳定性，进而进一步优化电池的循环性能和倍率性能。
8、优选地，功能添加剂包括11-氰基十一烷基三甲氧基硅烷，其结构式为：其cas号为253788-37-3。
9、优选地，当功能添加剂包括11-氰基十一烷基三甲氧基硅烷，功能添加剂在所述电解液中的质量占比为0.8～3wt％。
10、优选地，锂盐包括第一锂盐和第二锂盐；第一锂盐包括六氟磷酸锂；第二锂盐包括三氟甲烷磺酰亚胺锂(litfsi)、四氟硼酸锂(libf4)、高氯酸锂(liclo4)、双氟磺酰亚胺锂盐(lifsi)、二草酸硼酸锂(libob)中的至少一种。进一步地，本申请中选用六氟磷酸锂与其他锂盐一起搭配使用，常用的锂盐六氟磷酸锂可以保证电解液在高温或低温的环境下等能保持较好的热稳定性以及锂离子传输性能，保证电池的安全性和性能稳定性，而其与本申请中的第二锂盐进行搭配使用，第二锂盐相当于锂盐添加剂，能够进一步提高电解质体系的导电性能，促进负极sei膜的稳定性和提高正极稳定性，从而有助于维持电极的结构完整性和电化学性能，进一步提高电池的能量密度和延长电池的使用寿命。
11、优选地，第一锂盐在电解液中浓度为1～1.5mol/l；第二锂盐在电解液中的质量占比为0.7～4wt％。
12、优选地，第二锂盐包括三氟甲烷磺酰亚胺锂和二草酸硼酸锂。二草酸硼酸根能够形成稳定的大π共轭体系，晶格能较小，在溶剂中可以结合较多离子，可提高电解质体系的导电能力，三氟甲烷磺酰亚胺锂可以使lif的成分含量会明显增加，lif是sei膜无机层的主要成分之一，具有电化学性能稳定、离子电导率高的特点，因而能进一步促进负极sei膜稳定性的提高，优化负极界面稳定性，进而优化电池的电化学性能。
13、优选地，三氟甲烷磺酰亚胺锂在电解液中的质量占比为0.5～3wt％；二草酸硼酸锂在电解液中的质量占比为0..2～1wt％。
14、优选地，上述电解液还包括成膜添加剂；成膜添加剂包括硫酸乙烯酯(dtd)、甲烷二磺酸亚甲环酯(mmds)中的至少一种。上述成膜添加剂为低阻抗成膜添加剂，有利于降低界面膜的阻抗，提高锂离子传输效率，优化电池电性能等。
15、优选地，成膜添加剂在电解液中的质量占比为0.7～4wt％。
16、优选地，成膜添加剂包括硫酸乙烯酯、甲烷二磺酸亚甲环酯。dtd在负极形成硫酸盐的低阻抗膜，mmds在负极界面形成甲烷二磺酸的一些盐型结构的化合物，具有低离子传输阻抗。这两者的搭配作用，能够进一步降低界面膜的阻抗，同时提高界面膜的稳定性，而进一步优化界面稳定性以及电池的整体性能。
17、优选地，硫酸乙烯酯在电解液中的质量占比为0.5～3wt％；甲烷二磺酸亚甲环酯在电解液中的质量占比为0.2～1wt％。
18、优选地，有机溶剂包括线性碳酸酯、环状碳酸酯中的至少一种。
19、优选地，线性碳酸酯、环状碳酸酯的体积比为60～80:20～40。
20、优选地，线性碳酸酯包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、中的至少一种。
21、优选地，环状碳酸酯包括碳酸乙烯酯本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电解液，其特征在于：包括锂盐、有机溶剂、功能添加剂；
2.如权利要求1所述电解液，其特征在于：R1包括碳原子数不低于5个的烷基链或取代烷基链或任意取代基；R2、R3、R4独立地包括碳原子数不超过4个的烷基链或取代烷基链或任意取代基。
3.如权利要求1所述电解液，其特征在于：R2、R3、R4独立地包括甲基、乙基中的至少一种。
4.如权利要求1所述电解液，其特征在于：所述功能添加剂包括11-氰基十一烷基三甲氧基硅烷，其结构式为：
5.如权利要求1所述电解液，其特征在于：所述锂盐包括第一锂盐和第二锂盐；
6.如权利要求5所述电解液，其特征在于：所述第二锂盐包括所述三氟甲烷磺酰亚胺锂和所述二草酸硼酸锂；
7.如权利要求1所述电解液，其特征在于：还包括成膜添加剂；所述成膜添加剂包括硫酸乙烯酯、甲烷二磺酸亚甲环酯中的至少一种；
8.如权利要求7所述电解液，其特征在于：所述成膜添加剂包括所述硫酸乙烯酯、所述甲烷二磺酸亚甲环酯；
9.如权利要求1所述电解液，其特征在于：所述有机溶剂包括线性碳酸
10.一种电池，其特征在于：包括如权利要求1～9任一项所述电解液。
...【技术特征摘要】
1.一种电解液，其特征在于：包括锂盐、有机溶剂、功能添加剂；
2.如权利要求1所述电解液，其特征在于：r1包括碳原子数不低于5个的烷基链或取代烷基链或任意取代基；r2、r3、r4独立地包括碳原子数不超过4个的烷基链或取代烷基链或任意取代基。
3.如权利要求1所述电解液，其特征在于：r2、r3、r4独立地包括甲基、乙基中的至少一种。
4.如权利要求1所述电解液，其特征在于：所述功能添加剂包括11-氰基十一烷基三甲氧基硅烷，其结构式为：
5.如权利要求1所述电解液，其特征在于：所述锂盐包括第一锂盐和第二锂盐；
6.如权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：冀亚娟，谢英朋，赵瑞瑞，
申请(专利权)人：惠州亿纬锂能股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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