[发明专利]一种硅基负极锂离子电池非水电解液及含该电解液的硅基负极锂离子电池

说明书

本发明涉及锂离子电池技术领域，公开了一种硅基负极锂离子电池非水电解液及含该电解液的硅基负极锂离子电池。本发明的硅基负极锂离子电池非水电解液包含电解质锂盐、非水有机溶剂和成膜添加剂，所述成膜添加剂中含有式(Ⅰ)结构所示的硅基化合物和/或常规负极成膜添加剂，同时本发明还公开一种硅基负极锂离子电池。本发明中的硅基类添加剂能够在硅基负极材料表面形成一层均匀有弹性的保护膜，减少电解液在电池材料表面的氧化反应，提升硅基负极锂离子电池的常温循环性能、高温循环性能和高温储存性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体是涉及一种硅基负极锂离子电池非水电解液及该电解液的硅基负极锂离子电池。

背景技术

锂离子电池由于具有高工作电压、高能量密度、长寿命、宽工作温度范围和环境友好等优点，被广泛应用于3C数码产品、电动工具、电动汽车等领域。近年来，随着全球经济的高速发展，移动电子设备特别是更轻、更薄的智能手机随之进入井喷式发展，人们对锂离子电池的能量密度提出了更高的要求。

提高锂离子电池的能量密度，目前常用的方法有：①提高正极材料的工作电压，随之而来的问题是高电压下电解液中的部分溶剂或添加剂在正极材料表面发生氧化分解，使锂离子电池的使用寿命大大缩短；②使用更高放电容量的硅基材料(硅的理论克容量为：4200mAh/g，石墨的理论克容量为：372mAh/g)。

然而，与碳基负极材料相比，硅基材料存在很明显的缺陷，如硅基材料在室温或高温循环过程中存在巨大的体积效应，一方面会导致负极片膨胀造成负极材料与集流体间的粘接性变差；另一方面，硅基的膨胀，会导致负极界面上的SEI膜在电池循环过程中发生破裂和重组，进而导致电解液的还原分解，副产物的加剧生成，恶化电池循环性能。

为了解决硅基负极材料应用中存在的问题，从电解液角度出发，目前的研究主要集中在开发新型合适的添加剂和溶剂上。常用的添加剂如氟代碳酸乙烯酯(FEC)，虽然很大程度上能够改善硅基负极锂离子电池的电化学性能，但是加入过多的FEC会造成电池高温性能的恶化，加入量少又会影响电池的室温循环性能。目前商业化的硅基负极锂离子电池电解液还未成熟，开发新的成膜添加剂解决上述问题刻不容缓。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供了一种硅基负极锂离子电池非水电解液及含该电解液的硅基负极锂离子电池，所述电解液中添加剂具有良好的负极成膜性能，可有效解决硅基负极锂离子电池的常温循环性能、高温循环性能和高温储存性能较差的问题。

为了实现上述目的，本发明的硅基负极锂离子电池非水电解液包含电解质锂盐、非水有机溶剂和成膜添加剂，所述成膜添加剂中含有式(Ⅰ)结构所示的硅基化合物：

其中，R选自碳原子数为1～4个的烷基、烯基、炔基、H原子、F原子、含氟烷基和苯基，所述含氟烷基中端基碳上含氟原子数为0～3个，其他碳原子上含氟原子数为0～2个。

优选地，所述成膜添加剂中还含有常规负极成膜添加剂，所述常规负极成膜添加剂选自碳酸亚乙烯酯(VC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、1,3-丙烷磺酸内酯(PS)、1,3-丙稀磺酸内酯(1,3-PST)、亚硫酸乙烯酯(ES)、三(三甲基硅烷)磷酸酯(TMSP)、三(三甲基硅烷)硼酸酯(TMSB)和甲烷二磺酸亚甲酯(MMDS)中的一种或多种。

优选地，所述氟代碳酸乙烯酯的质量占所述电解液总质量的

5.0％～10.0％，所述碳酸乙烯亚乙酯或1,3-丙稀磺酸内酯的质量占所述电解液总质量的0.01％～1.2％。