[发明专利]一种锂离子电池电解液的制备方法及包含该电解液的二次电池

说明书

本发明涉及锂电池技术领域，公开了一种锂离子电池电解液的制备方法及包含该电解液的二次电池，包括锂盐、溶剂和添加剂和所述电解液组成的二次电池；所述锂盐由双（氟磺酰）酰胺锂和六氟磷酸锂组成，二者物质的量之比为1‑3:7‑9；所述溶剂由碳酸乙烯酯EC、碳酸二甲酯DMC、碳酸乙酯EMC组成；所述添加剂由碳酸丙烯酯PC、碳酸亚乙烯酯VC、氟代碳酸乙烯酯FEC组成；本发明通过优化锂盐和添加剂种类及含量，在提高电解液的电导率的同时降低了硅基负极片的不可逆膨胀，显著改善了软包锂离子电池倍率充电性能和循环寿命，进一步优化电动汽车行驶里程和快充能力，对于新产品开发具有重要的技术价值。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池电解液的制备方法及包含该电解液的二次电池。

背景技术

以锂离子电池为动力的电动汽车替代现有的化石燃料汽车，被认为是减轻CO₂排放所带来的环境负担的一种有效途径。使用高容量正负极材料和提高电池界面动力传输特性可以有效的增加电池能量密度和快充能力，这一技术目标的实现很大程度上取决于电解液，电解液对电池性能的影响作用主要体现在三个方面：电解液的离子电导性、锂离子从电解液中的去溶剂化、以及在负极表面生成的固体电解质膜的离子扩散。硅碳和石墨组成的复合负极是目前高比能锂离子电池开发广泛采用的负极之一，但锂离子在硅颗粒中的扩散速度较低，电池的动力学性能受限，电池快充能力较差，由于硅颗粒的体积变化剧烈，循环过程中容易发生断裂和剥离，降低了电池的循环使用寿命。这两个问题成为硅碳体系的电解液开发亟需解决的问题。目前国内关于硅碳体系的电解液研究已有报道，例如申请号为CN201910994302.8的专利公开了一种适用于NCM811和SiO-C材料体系的锂离子电池电解液及制备方法，以六氟磷酸锂与二氟磷酸锂为锂盐，按照一定比例添加剂组合，在活性材料表面形成固体电解液保护膜，改善了锂离子电池循环性能。但是确没有考虑到锂离子电池的动力学特性，且对于硅基负极体积膨胀问题没有同时进行有效的改善，因此具有一定的技术局限性。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种锂离子电池电解液的制备方法及包含该电解液的二次电池，通过优化电解液锂盐种类和添加剂的组成，一方面减缓了负极活性材料颗粒的不可逆膨胀，另一方面优化电解液的动力学特性，提高电池快充性能，延长锂离子电池的循环寿命。

本发明的具体技术方案为：一种锂离子电池电解液，包括混合锂盐、溶剂和添加剂；其特征在于：所述混合锂盐由LiFSA和LiPF₆组成，二者物质的量之比为1-4.5:5.5-9；所述溶剂由碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸乙酯组成；所述添加剂由碳酸丙烯酯、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯组成。

本发明中LiFSA的加入可以提升电解液的电导率，添加适量的碳酸亚乙烯酯可以有效降低负极极片膨胀；其具体机理为：液体电解液中的阴离子组分是一个重要因素，它会影响锂的溶剂化结构、离子导电性和粘度。锂离子的溶剂化结构对硅负极/电解液界面的氧化还原反应过程具有决定性的作用，其中锂离子在LiFSA体系中具有较大的溶剂化数，形成了[Li(FSA)3]2离子簇，锂离子周围的溶剂化FSA-阴离子在离子簇中同时充当双齿配体和单齿配体，即锂离子周围存在1个双齿配体和2个单齿配体，使得Li+-O结合长度较长。在初次充电过程中，在硅负极表面形成的SEI膜电子电导率低，SEI膜初始厚度较低，在后续的充放电过程中SEI生长稳定性和连续性较好，降低了锂离子的传输阻抗，提高了锂离子电池的倍率性能。同时添加的碳酸亚乙烯酯可以在硅颗粒表面形成一层致密且极易弯曲的聚碳酸酯层，它能抵抗硅的急剧体积变化而不发生断裂，延长了硅基锂离子电池的循环寿命。

作为优选，所述混合锂盐的总摩尔浓度为0.8-1.3mol/L。

作为优选，所述溶剂中碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸乙酯三者体积比为5-15:20-40:40-70。

作为优选，所述添加剂中氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸丙烯酯三者体积含量相对于电解液分别为8-15％、1-5％、0.5-3％。