[发明专利]一种锂离子电池电解液及锂离子电池

说明书

本发明公开并提供一种适用于硅碳负极的电解液，该电解液能够降低了硅碳负极的膨胀率，有效减少电解液的副反应损耗；同时还提供一种锂离子电池，该锂离子电池的电池容量衰减速度慢、性能稳定、实际放电能力好。匹配硅碳石墨负极的锂离子电池电解液包括原液和加入原液的添加剂，添加剂包含酸酐类添加剂和焦碳酸酯类添加剂，酸酐类添加剂和焦碳酸酯类添加剂分别为酸酐类有机小分子化合物和焦碳酸酯类有机小分子化合物。锂离子电池包括上述的匹配硅碳石墨负极的锂离子电池电解液。本发明应用于锂离子电池的技术领域。

技术领域

本发明属于锂离子电池的技术领域，涉及一种电解液，尤其涉及一种软包锂离子硅碳电池电解液及锂离子电池。

背景技术

锂离子电池由于具有高比能量、无记忆效应、循环寿命长等优点被广泛应用于3C数码、电动工具、航天、储能、动力汽车等领域，电子信息技术及消费产品的快速发展对锂离子电池能量密度性能提出了更高的要求。目前，商业化的锂离子电池主要是以石墨为负极材料，但石墨的最大理论比容量仅有372mAh/g，与钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰三元，镍钴铝等正极材料配合，电池的能量密度提升有限，要追求更高能量密度则需要容量更高的正负极材料体系。纯硅基负极理论克容量可达4200mAh/g，但硅负极材料在脱嵌锂过程中不断的收缩膨胀造成颗粒的破碎，导致循环过程容量不断下降，并且伴随着300％以上的体积膨胀效应。同时，硅负极上不稳定的SEI膜在循环过程中逐渐增厚，极化增大，且造成较大的机械应力，使电极结构进一步破坏。

为解决上述问题，将硅碳复合形成硅碳负极材料，在提高材料比容量的同时，也可在一定程度上降低硅基负极材料的体积效应。因此，开发与之相匹配的电解液是产业化发展的必然需求。对于硅碳负极材料电解液的开发目前主要集中在解决电池循环过程中的体积膨胀和循环稳定性问题。常规电解液体系在硅碳负极表面形成的SEI膜不稳定，很容易由于充放电过程中的体积效应问题而发生SEI破损与脱落，导致电池容量迅速衰减。有鉴于此，确有必要开发一种适用于硅碳负极材料的电解液及其添加剂，在一定程度上抑制硅的体积效应，保证硅碳负极材料锂离子电池良好的循环稳定性，同时兼顾较好的高低温与倍率性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种适用于硅碳负极的电解液，该电解液能够降低了硅碳负极的膨胀率，有效减少电解液的副反应损耗，并有效改善硅碳负极锂离子电池的实际放电能力、循环稳定性、高温存储性能、低温放电性能以及倍率放电性能；同时还提供一种包含了该电解液的锂离子电池，该锂离子电池的电池容量衰减速度慢、性能稳定、实际放电能力好。

本发明所采用的技术方案是：所述锂离子电池电解液包括原液，所述锂离子电池电解液的成分还包括加入所述原液的添加剂，所述添加剂包含酸酐类添加剂和焦碳酸酯类添加剂，所述酸酐类添加剂和所述焦碳酸酯类添加剂分别为酸酐类有机小分子化合物和焦碳酸酯类有机小分子化合物，所述酸酐类添加剂的结构式为：

；

焦碳酸酯类添加剂的结构式为：

；

其中，R1～R3分别独立地表示分别选自氢原子、氟原子、碳含量大于等于1的烷基、烯烃基、烷氧基或芳香基中的任意一种，同时所述锂离子电池电解液匹配硅碳石墨负极，所述硅碳石墨负极的活性材料为硅碳或氧化亚硅以及人造石墨的复合负极材料。

作为本发明优选的技术方案，所述原液的成分包含锂盐、非水有机溶剂、助剂。

作为本发明优选的技术方案，所述酸酐类添加剂和所述焦碳酸酯类添加剂的总量占所述锂离子电池电解液总质量的0.5～5％，如0.5％、1％、1 .5％、2％、2 .5％、3％、3.5％、4％、4 .5％或5％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述酸酐类添加剂和焦碳酸酯类添加剂的质量比为3:5。