一种适用于微米硅负极与高镍正极的电解液及其应用

本发明涉及锂离子电池电解液，特别涉及一种适用于微米硅负极与高镍正极的电解液及其应用。

背景技术：

1、随着电子设备、电动汽车和大规模储能系统的快速发展，推动了对高能量密度锂离子电池(libs)的探索。在负极材料中，硅材料因其理论比容量(3579mah g-1)远高于石墨(372mah g-1)，作为下一代锂石墨的替代负极得到了广泛的研究。然而，尽管有这种较高的比容量，在实际锂离子电池中实现硅负极的主要挑战是其在锂化/去锂化过程中的巨大体积变化(～300％)，导致粉碎、电接触损失、严重的容量衰减。为了克服这一问题，人们探索了各种不同形貌的纳米硅基材料，以提高其循环稳定性。与纳米尺寸材料相比，微尺寸硅基材料具有成本低、比表面积小、振实密度高等优点，更适合于基于制造技术的实际工业应用。对于高镍阴极，由于镍含量的增加而能量密度增加；但这也导致了高截至电压下的过渡金属溶解。溶解的过渡金属会在负极被还原，从而影响负极的循环性能。

2、针对硅负极体积膨胀过程带来的材料粉化与正极高镍阴极过渡金属溶出的问题，构建稳定的电极/电解液界面变得尤为重要。有研究表明富含氟化锂的固体电解质相界面膜(sei)可以防止电解液与电极材料进一步的副反应，并且保持硅颗粒形貌的稳定，提高电池的循环性能。在高镍正极构建稳定且均匀的正极固体电解质相界面膜(cei)可以有效阻止过渡金属的溶出，保持其在高截止电压下的稳定循环。

3、因此，对于微米硅负极与高镍正极构建的锂电池，选用合适的电解液是很有必要的。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种电解液去构建高容量锂离子电池微米硅负极与高镍正极的稳定的电极/电解液界面，实现微米硅负极材料与高镍正极材料电化学性能的提升，延长大容量可充电锂离子电池的使用寿命。

2、为了实现上述目的，本发明提供了一种适用于微米硅负极与高镍正极的电解液，包括以摩尔比1～2：3.3～6：3.3混合的含氟锂盐、碳酸酯类溶剂和醚类助剂。

3、进一步地，所述含氟锂盐包括六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、二草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂盐、二(三氟甲基磺酰)亚胺锂、二氟草酸硼酸锂、二氟磷酸锂中的至少一种。

4、进一步地，所述碳酸酯类溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、氟代碳酸乙烯酯、1-氟碳酸二甲酯、2,2-二氟碳酸甲乙酯、2,2,2-三氟碳酸甲乙酯、2,2,2-三氟碳酸二乙酯、甲基-2,2,2,2’,2’,2’,-六氟碳酸异丙酯、乙基-2,2,2,2’,2’,2’,-六氟碳酸异丙酯、碳酸双(2,2,2-三氟代乙基)酯中的至少一种。

5、进一步地，所述醚类助剂包括乙二醇二甲醚、二氧戊环、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3-四氟丙基醚、1,1,2,2-四氟甲基醚、二(2,2,2-三氟乙基)醚、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,2-三氟乙基醚中的至少一种。

6、进一步地，所述含氟锂盐为双氟磺酰亚胺锂盐；

7、所述碳酸酯类溶剂为碳酸二乙酯或碳酸甲乙酯；

8、所述醚类助剂为1,1,2,2-四氟乙基-2,2,2-三氟乙基醚。

9、本发明也提供了一种锂离子电池，包括上述的电解液，还包括正极电极片、隔膜、负极电极片。

10、进一步地，所述正极极片和所述负极极片中活性材料与导电碳、粘结剂的质量比为3～8：1：1。导电碳和粘结剂的种类无需严格限定，示例性地，导电碳可以为导电炭黑bp2000、碳纳米管和导电炭黑super p中的至少一种；粘结剂为羟甲基纤维素钠、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚偏氟乙烯与海藻酸钠中的至少一种

11、本发明也提供了上述的电解液在微米硅负极锂电池或高镍正极锂电池中的应用。

12、相对于现有技术，本发明具有以下的有益效果：

13、本发明构建的电解液能够在微米硅负极形成由氟化锂与硫化物并排垂直组成的类似钢筋混合土结构的负极固体电解质相界面膜；同时在高镍正极上形成薄且均匀的正极固体电解质相界面膜。进而延长大容量可充电锂离子电池的使用寿命。此外，本发明的电解液配方简单、原料来源广泛，有利于实现商业化生产。

技术特征：

1.一种适用于微米硅负极与高镍正极的电解液，其特征在于，包括以摩尔比1～2：3.3～6：3.3混合的含氟锂盐、碳酸酯类溶剂和醚类助剂。

2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述含氟锂盐包括六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、二草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂盐、二(三氟甲基磺酰)亚胺锂、二氟草酸硼酸锂、二氟磷酸锂中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述碳酸酯类溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、氟代碳酸乙烯酯、1-氟碳酸二甲酯、2,2-二氟碳酸甲乙酯、2,2,2-三氟碳酸甲乙酯、2,2,2-三氟碳酸二乙酯、甲基-2,2,2,2’,2’,2’,-六氟碳酸异丙酯、乙基-2,2,2,2’,2’,2’,-六氟碳酸异丙酯、碳酸双(2,2,2-三氟代乙基)酯中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述醚类助剂包括乙二醇二甲醚、二氧戊环、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3-四氟丙基醚、1,1,2,2-四氟甲基醚、二(2,2,2-三氟乙基)醚、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,2-三氟乙基醚中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述含氟锂盐为双氟磺酰亚胺锂盐；

6.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求1～5任一项所述的电解液，还包括正极电极片、隔膜、负极电极片。

7.根据权利要求6所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极极片和所述负极极片中活性材料与导电碳、粘结剂的质量比为3～8：1：1。

8.一种权利要求1～5任一项所述的电解液在微米硅负极锂电池或高镍正极锂电池中的应用。

技术总结本发明公开了一种适用于微米硅负极与高镍正极的电解液及其应用，所述电解液包括以摩尔比1～2：3.3～6：3.3混合的含氟锂盐、碳酸酯类溶剂和醚类助剂。本发明构建的电解液能够在微米硅负极形成由氟化锂与硫化物并排垂直组成的类似钢筋混合土结构的负极固体电解质相界面膜；同时在高镍正极上形成薄且均匀的正极固体电解质相界面膜。进而延长大容量可充电锂离子电池的使用寿命。此外，本发明的电解液配方简单、原料来源广泛，有利于实现商业化生产。技术研发人员：柯福生,艾新平,郭怡业,缪谋仁受保护的技术使用者：武汉大学技术研发日：技术公布日：2024/7/25