一种高比能的锂离子电池电解液及锂离子电池的制作方法

本发明涉及锂离子电池，尤其涉及一种高比能的锂离子电池电解液及锂离子电池。

背景技术：

1、随着智能手机和笔记本电脑等移动互联网设备的普及，电动自行车和电动摩托等电动交通工具的推广，以及无人机和太空探测器等航空航天技术的发展，锂离子电池面临着更高的发展要求，而体积小、能量密度高已成为高比能锂离子电池的研发方向。

2、目前高比能锂离子电池应用最有前景的方向是硅碳材料体系。然而，硅碳负极也存在着诸多问题：硅颗粒在脱嵌理时伴随着的体积膨胀和收缩而导致的颗粒粉化、脱落以及电化学性能失效；硅颗粒表面固体电解质层(sei)的持续生长来自于与电解液持续的副反应，从而导致使用硅碳负极材料的高比能电池循环等性能较差。

技术实现思路

1、基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种高比能的锂离子电池电解液及锂离子电池，其电解液中含有硼酸酯类添加剂，能够优先在硅负极生成致密结构稳定的钝化膜，由b-o-si断裂产生的氧原子与硅负极活性点反应可降低其活性，从而达到抑制电解液循环过程中在硅负极活性点上分解的效果，同时戊环侧端开环反应能够生成类似聚合物固态电解质膜，该固态电解质膜离子导电能力较好，有较强的柔韧性，能够抑制循环过程中硅颗粒膨胀导致的电解液持续消耗，降低界面阻抗，进而提高高比能电芯体系锂离子电池的循环稳定性。

2、本发明提出的一种高比能的锂离子电池电解液，包括以下组分：锂盐、有机溶剂、成膜添加剂、硼酸酯类添加剂；所述硼酸酯类添加剂为2,5-二烷基-1-氧戊环三甲基硅烷硼酸酯类化合物，其结构式如式(ⅰ)所示：

3、

4、其中，r1、r2各自独立的选自芳基、腈基、c1-c3烷基、c1-c3烯基或c1-c3氟代烷基。

5、优选地，电解液中，所述硼酸酯类添加剂的含量为0.1～5wt％。

6、优选地，所述锂盐选自氯化锂、氟化锂、硝酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂、双(氟磺酰)亚胺锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、二氟磷酸锂中的一种或一种以上的组合。

7、优选地，电解液中，所述锂盐的含量为10～15％。

8、优选地，所述有机溶剂选自碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、甲酸乙酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、丁酸乙酯、丙酸甲酯、四氢呋喃中的一种或一种以上的组合。

9、优选地，电解液中，所述有机溶剂的含量为75～85％。

10、优选地，所述成膜添加剂选自硫酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、环己基苯、碳酸乙烯亚乙酯中的一种或一种以上的组合。

11、优选地，电解液中，所述成膜添加剂的含量为1～5％。

12、本发明的另一个目的是要提出一种锂离子电池，其包括正极、负极、隔膜和上述所述的电解液。

13、有益效果：本发明通过向电解液中添加硼酸酯类添加剂2,5-二烷基-1-氧戊环三甲基硅烷硼酸酯，在电池化成过程中优先在硅负极生成致密结构稳定的钝化膜，由b-o-si断裂产生的氧原子与硅负极活性点反应可降低其活性，从而达到抑制电解液循环过程中在硅负极活性点上分解的效果；同时戊环侧端开环反应能够生成类似聚合物固态电解质膜，该固态电解质膜离子导电能力较好，有较强的柔韧性，能够抑制循环过程中硅颗粒膨胀导致的电解液持续消耗，降低界面阻抗，进而提高高比能电芯体系锂离子电池的循环稳定性。

技术特征：

1.一种高比能的锂离子电池电解液，其特征在于，包括以下组分：锂盐、有机溶剂、成膜添加剂、硼酸酯类添加剂；所述硼酸酯类添加剂为2,5-二烷基-1-氧戊环三甲基硅烷硼酸酯类化合物，其结构式如式(ⅰ)所示：

2.根据权利要求1所述的高比能的锂离子电池电解液，其特征在于，电解液中，所述硼酸酯类添加剂的含量为0.1～5wt％。

3.根据权利要求1或2所述的高比能的锂离子电池电解液，其特征在于，所述锂盐选自氯化锂、氟化锂、硝酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂、双(氟磺酰)亚胺锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、二氟磷酸锂中的一种或一种以上的组合。

4.根据权利要求1-3任一项所述的高比能的锂离子电池电解液，其特征在于，电解液中，所述锂盐的含量为10～15％。

5.根据权利要求1-4任一项所述的高比能的锂离子电池电解液，其特征在于，所述有机溶剂选自碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、甲酸乙酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、丁酸乙酯、丙酸甲酯、四氢呋喃中的一种或一种以上的组合。

6.根据权利要求1-5任一项所述的高比能的锂离子电池电解液，其特征在于，电解液中，所述有机溶剂的含量为75～85％。

7.根据权利要求1-6任一项所述的高比能的锂离子电池电解液，其特征在于，所述成膜添加剂选自硫酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、环己基苯、碳酸乙烯亚乙酯中的一种或一种以上的组合。

8.根据权利要求1-7任一项所述的高比能的锂离子电池电解液，其特征在于，电解液中，所述成膜添加剂的含量为1～5％。

9.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的电解液。

技术总结
本发明公开了一种高比能的锂离子电池电解液及锂离子电池，涉及锂离子电池技术领域，所述电解液包括以下组分：锂盐、有机溶剂、成膜添加剂、硼酸酯类添加剂；所述硼酸酯类添加剂为2,5‑二烷基‑1‑氧戊环三甲基硅烷硼酸酯类化合物，其结构式为：其中，R1、R2各自独立的选自芳基、腈基、C1‑C3烷基、C1‑C3烯基或C1‑C3氟代烷基。本发明电解液在电池化成过程中优先在硅负极生成致密结构稳定的钝化膜，抑制电解液循环过程中在硅负极活性点上分解；同时还能够生成类似聚合物固态电解质膜，抑制循环过程中硅颗粒膨胀导致的电解液持续消耗，降低界面阻抗，进而提高电池的循环稳定性。

技术研发人员：梁大宇,刘欣,宫璐
受保护的技术使用者：合肥国轩高科动力能源有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13