[发明专利]一种适用于硅碳体系锂离子电池的电解液

说明书

本发明提供一种适用于硅碳体系锂离子电池的电解液及包括该电解液的硅碳体系锂离子电池。本发明中提供的电解液包括有机溶剂、添加剂和锂盐，所述添加剂包括三氟甲基三乙基硼酸锂、丙烯基‑1,3‑磺酸内酯和氟代碳酸乙烯酯，该添加剂组合使用可以显著提升硅碳电池的循环寿命，同时兼顾高低温性能和安全性能，从而使硅碳电池更适合大规模商业化生产。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种适用于硅碳体系锂离子电池的电解液。

背景技术

锂离子电池自从商业化以来，由于它的比能量高、循环性能好，被广泛用于数码、储能、动力、军用航天和通讯设备等领域。随着锂离子电池的广泛应用，消费者对锂离子电池的使用环境、需求不断提升，同时对电子设备的续航能力要求越来越高，这就要求锂离子电池具有高低温性能兼顾的同时能够具有较高的能量密度。

硅碳电池是提高电池能量密度的有效手段之一，而其中电解液是硅碳锂离子电池的主材之一，它在硅碳锂离子电池中起到传输Li⁺的作用。因此，电解液的研究与开发对硅碳锂离子电池来说至关重要，然而缓解硅负极循环膨胀大和兼顾高低温性能的电解液并不容易开发。现阶段，电解液中添加剂的使用是解决以上问题的高效武器。但是，当前的电解液添加剂往往难以形成坚固有韧性的SEI膜来抵挡循环过程中硅负极膨胀带来的破坏，且高温添加剂带来的阻抗较大，且严重影响了电池的低温性能。因此，迫切需要开发一种能够延长硅碳电池循环寿命以及高低温兼顾的适用于硅碳体系锂离子电池的电解液。

发明内容

本发明提供了一种适用于硅碳体系锂离子电池的电解液，使用该电解液的硅碳锂离子电池可以有效缓解电池循环膨胀大、电池循环寿命低和电池高低温性能难兼顾等问题，从而显著提升硅碳体系锂离子电池的高低温性能和循环寿命，此外还能显著提升硅碳体系锂离子电池的安全性能，适合大规模商业化生产。

具体的，本发明提供了如下技术方案：

一种适用于硅碳体系锂离子电池的电解液，其中，所述电解液包括有机溶剂、添加剂和锂盐，所述添加剂包括三氟甲基三乙基硼酸锂、丙烯基-1,3-磺酸内酯和氟代碳酸乙烯酯。

进一步地，所述三氟甲基三乙基硼酸锂的使用量占电解液总质量的0.1-2wt％，优选为0.2-1.0wt％，再优选为0.2-0.5wt％，例如为0.1wt％、0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％、0.5wt％、0.8wt％、0.9wt％、1wt％、1.2wt％、1.3wt％、1.4wt％、1.5wt％、1.6wt％、1.7wt％、1.8wt％、1.9wt％或2.0wt％。

本发明中，所述的三氟甲基三乙基硼酸锂可以通过本领域已知的方法制备得到，也可以通过商业途径购买获得。

本发明中，所述的三氟甲基三乙基硼酸锂的结构如式1所示：

进一步地，所述丙烯基-1,3-磺酸内酯的使用量占电解液总质量的0.2-3.5wt％，优选为0.5-2wt％，例如为0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％、0.5wt％、0.8wt％、0.9wt％、1wt％、1.2wt％、1.3wt％、1.4wt％、1.5wt％、1.6wt％、1.7wt％、1.8wt％、1.9wt％、2.0wt％、3.0wt％或3.5wt％。

本发明中，所述的丙烯基-1,3-磺酸内酯的英文名称为prop-1-ene-1,3-sultone，其CAS号：21806-61-1，其可以通过本领域已知的方法制备得到，也可以通过商业途径购买获得。

进一步地，所述氟代碳酸乙烯酯的使用量占电解液总质量的8-20wt％，例如为8wt％、9wt％、10wt％、11wt％、12wt％、13wt％、14wt％、15wt％、16wt％、17wt％、18wt％、19wt％或20wt％。