[发明专利]一种适用于高镍三元/硅碳体系的锂离子电池电解液

说明书

本发明涉及一种适用于高镍三元/硅碳体系的锂离子电池电解液，属于锂离子电池技术领域，解决三元/硅碳体系电池的电解液在循环过程中被高镍三元正极氧化分解、硅负极体积膨胀、SEI膜破裂导致电池容量衰减过快、循环寿命较差的技术问题。解决方案为：所述的电解液包括：有机溶剂、电解质锂盐和功能添加剂。有机溶剂包括碳酸酯类溶剂、和氟代溶剂；所述电解质锂盐包括六氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、双(氟磺酰)亚胺锂、四氟硼酸锂；所述功能添加剂包括SEI成膜添加剂和正极保护添加剂。本发明的电解液通过溶剂、锂盐和添加剂的优化组合，满足高镍三元/硅碳电池长循环性能和高低温性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及的是一种适用于高镍三元/硅碳体系的锂离子电池电解液。

背景技术

目前，锂离子电池以其循环寿命长，能量密度高等优点广泛应用于电动汽车领域。随着电动汽车的发展，目前对动力离子电池的需求是：高比能、长循环、优异的高低温性能。为了提高电池比能量，高镍三元/硅碳体系锂离子电池成为发展趋势。

对于高镍三元材料，其氧化性较强，电解液在其表面易被氧化分解，恶化电池性能，因此需要相匹配的电解液，通过添加剂的使用抑制电解液的氧化分解。

对于硅碳材料，现有技术中与之匹配的锂离子电池电解液，通过添加剂的使用改善硅碳负极的性能，使短期电池循环效果明显，但是在经过长期高温循环后，由于硅基负极材料体积的反复膨胀，锂离子电池中的SEI(solidelectrolyteinterface，SEI)膜（在液态锂离子电池首次充放电过程中，电极材料与电解液在固液相界面上反应形成的一层覆盖于电极材料表面的钝化层，能有效阻止溶剂分子的通过，但是锂离子可以经过该钝化层自由地嵌入和脱出），可能会发生龟裂，而暴露硅基负极材料活性位点，重复形成SEI膜，导致电池容量降低、阻抗增加，循环性能进一步恶化，同时电池的高温工作环境也会加剧此恶化。

发明内容

本发明的发明的：为了克服现有技术的不足，解决三元/硅碳体系电池的电解液在循环过程中被高镍三元正极氧化分解、硅负极体积膨胀、SEI膜破裂导致电池容量衰减过快、循环寿命较差的技术问题，提供一种适用于高镍三元/硅碳体系的锂离子电池电解液，满足高镍三元/硅碳电池长循环性能，同时兼顾电池高低温性能。

本发明的设计构思为：在本技术方案中，抑制高镍三元对电解液氧化分解关键在于在正极表面形成稳定的保护膜，将正极与电解液分隔开；解决硅负极体积膨胀、SEI膜破裂问题关键在于在负极表面形成稳定、柔韧性好的SEI膜，从而保证SEI具有足够的韧性适应硅负极的体积膨胀而不发生破裂。多种锂盐的混合使用，弥补了单一锂盐的功能缺陷，改善电池综合性能。电池高低温性能主要从溶剂的多元化和不同配比来优化。

本发明通过以下技术方案予以实现。

一种适用于高镍三元/硅碳体系的锂离子电池电解液，所述电解液由有机溶剂、电解质锂盐和功能添加剂组成；所述有机溶剂的重量占电解液总重量的60%~90%，所述电解质锂盐的摩尔浓度为0.5mol/L~1.5mol/L，所述功能添加剂包括SEI成膜添加剂和正极保护添加剂，SEI成膜添加剂的重量占电解液总重量的3%~10%，正极保护添加剂的重量占电解液总重量的0.5%~5%，有机溶剂、SEI成膜添加剂和正极保护添加剂的重量百分比之和为100%。

进一步地，所述有机溶剂为碳酸酯类溶剂或者氟代溶剂。

进一步地，所述有机溶剂为氟代碳酸乙烯酯（FEC）、碳酸乙烯酯（EC）、碳酸丙烯酯（PC）、碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸甲乙酯（EMC）中的一种或几种。

进一步地，所述电解质锂盐为六氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、双(氟磺酰)亚胺锂、二氟磷酸锂中的一种或几种。

进一步地，所述SEI成膜添加剂为碳酸亚乙烯酯（VC）、硫酸乙烯酯(DTD)、乙烯基碳酸乙烯酯（VEC）、1,3-丙烷磺酸内酯（PS）、甲烷二磺酸亚甲酯（MMDS）中的一种或几种。