[发明专利]一种高容量锂离子电池电解液及一种高容量锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种高容量锂离子电池电解液及一种高容量锂离子电池。

背景技术

随着人们环保意识的日益增强，铅酸电池和镍氢电池等传统原电池的使用日益受到限制。锂离子电池具有电压高、比能量大、环保和无记忆效应等优点，广泛应用于数码、军工、储能和动力等领域。为了满足便携式移动电子设备向小型化、多功能化方向发展，终端消费者对锂离子二次电池的能量密度要求越来越高。

目前，为了提高锂离子电池能量密度，可以通过选择高容量的新型正负极活性材料来实现，如镍钴铝酸锂、富锂锰基材料、锡合金、硅合金和硅碳复合材料等。其中，Si因具有远高于石墨的理论储锂容量（4200mAh/g）而备受瞩目。然而Si材料在脱、嵌锂循环过程中体积膨胀和收缩严重，其表面形成的SEI膜极易发生破坏，导致电解液在阳极表面分解产气。为了减少Si材料在循环过程中的体积效应，改善硅基负极材料循环稳定性，可将具有良好循环稳定性能的碳材料与比容量高的硅材料相结合，制备出高容量、低膨胀的硅碳复合材料。硅碳复合材料应用到新型电池体系中，将有效改善锂离子电池能量密度，已成为当前锂离子电池领域研究热点之一。

电解液是锂离子电池四大关键材料之一，是锂离子电池获得长寿命、高安全的保证，开发电极/电解液界面相容性好、高温和循环性能优异的电解液是提高锂离子电池能量密度和安全性能的关键之一。现有研究表明，氟代碳酸乙烯酯FEC具有良好的成膜性能，5%~20%质量比添加到电解液中可有效改善硅碳复合材料循环性能，然而高含量的FEC将导致电池高温产气，电池高温性能明显不足。因此，开发新型电解液添加剂抑制FEC高温产气或替代FEC成为硅碳复合材料的高容量锂离子电池电解液主要研究方向。

发明内容

本发明针对以上背景技术，提供一种高容量锂离子电池电解液及使用高容量锂离子电池电解液制备的高容量锂离子电池，高容量锂离子电池电解液里的添加剂可以改善高容量锂离子电池循环性能和高温性能，提高锂离子电池能量密度。

为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：

一种高容量锂离子电池电解液，由电解质锂盐、非水有机溶剂和添加剂组成，所述添加剂包含三（三甲基硅烷）硼酸酯(TMSB)和如结构式I所示的不饱和化合物：

结构式I

其中：m、n分别为0~2的整数，R为碳原子数为0~4的烷基，虚键为碳碳双键或碳碳三键。

所述结构式I中的R为甲基，m、n均为1。

所述结构式I所示的不饱和化合物为2-炔基-1,4-丁二醇二乙酸酯、2-烯基-1,4-丁二醇二乙酸酯的任一种。

所述结构式I所示的不饱和化合物在电解液中的质量百分比为0.2%~5.0%。

所述三（三甲基硅烷）硼酸酯在电解液中的质量百分比为0.5%~3.0%。

所述电解质锂盐为六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂和二氟草酸硼酸锂一种或两种及以上的化合物相混合，三种锂盐的摩尔比为1:0~0.2:0~0.2。

所述非水有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲丙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯中的任意两种及以上。

所述的高容量锂离子电池电解液，添加剂还包括碳酸亚乙烯酯、1,3-丙烷磺酸内酯、硫酸乙烯酯、丁二酸酐、乙烯基碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯中的任一种及以上，上述各添加剂在电解液中的质量百分比各自为0.1%~5.0%。

一种高容量锂离子电池，包括正极片、负极片、隔膜和本发明所述的高容量锂离子电池电解液；所述正极片活性物质为钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂或富锂锰基材料中任意一种，所述负极片活性物质为硅碳复合材料或氧化亚硅。

本发明的优点在于：

1、本发明中添加剂三（三甲基硅烷）硼酸酯，可以在硅碳复合材料表面成膜，SEI膜包含其特有的网状硅氧键成分，具有很好的柔韧性能，可以有效减少Si体积膨胀引起的SEI膜破碎，改善硅碳复合材料电池循环性能。

2、本发明中结构式I所示的不饱和化合物，分子结构中具有不饱和键，可以在电池首次充电中优先分解，分解产物为具有碳氧元素的长链聚合物，与三（三甲基硅烷）硼酸酯产物互取摄入成膜，形成一层致密、稳定的界面保护膜，改善电池循环性能；相比较氟代碳酸乙烯酯，所形成的界面膜高温稳定，可以有效避免硅碳复合材料电池高温产气。

具体实施方式