锂离子电池电解液添加剂和锂离子电池电解液及应用的制作方法

1.本发明属于锂电池领域，具体涉及一种锂离子电池电解液添加剂和锂离子电池电解液及应用。


背景技术：

2.锂离子电池循环寿命长，充放电效率高，能量密度大，输出功率高，广泛应用于新能源汽车领域。提升锂离子电池的能量密度，增加车辆的续航里程，可拓展其在新能源汽车领域的应用空间，是锂离子电池始终追求的性能指标之一。
3.提升能量密度有多种途径：(1)电池结构优化设计；(2)提升活性材料占比；(3)使用高容量活性材料。
4.目前，商业化锂离子电池负极材料广泛使用石墨，比容量可达360mah/g，已经接近其理论比容量，很难再继续提升石墨容量。因此，研发人员将目光转向硅负极材料，其理论比容量可达4200mah/g，其作为负极材料可大幅降低材料用量，是动力电池负极材料未来的重要发展方向。但由于硅负极体积膨胀大、sei膜破裂消耗电解液及活性锂离子、循环差的问题，掺硅负极在锂离子电池中的使用仍然受到限制。
5.商业化正极材料广泛使用三元或磷酸铁锂材料，高镍三元材料电位高，易导致电解液发生氧化分解，电池发生气胀，循环寿命及安全性降低。电解液被称作锂离子电池的“血液”，是锂离子电池的重要组成部分，其对锂离子电池比能量、安全、倍率充放电、循环寿命等性能有着至关重要的作用。因此，从锂离子电池整体体系优化角度，从电解液方面可改善锂离子电池的循环寿命及安全性。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种锂离子电池电解液添加剂及锂离子电池电解液。
7.为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
8.一种锂离子电池电解液添加剂，其特征在于，采用式(i)的结构；
[0009][0010]
其中，n选自1～50内的整数；r1选自取代或未取代的c1～c4直链或支链烷基、取代或未取代的c4～c7环状烷基、取代或未取代的c1～c3烷氧基、取代或未取代的c1～c4胺基、取代或未取代的c2～c4烯烃基、取代或未取代的c6～c9芳基、取代或未取代的c6～c9杂环基；r2选自取代或未取代的c1～c3亚烷基。
[0011]
本发明还包括一种电解液，包括所述的锂离子电池电解液添加剂、成膜化合物、锂盐、以及有机溶剂；所述的锂离子电池电解液添加剂在电解液中的质量占比为0.5～1.5％。
[0012]
所述的成膜化合物为碳酸亚乙烯酯vc、甲烷二磺酸亚甲酯mmds、硫酸乙烯酯dtd中的一种或者组合；所述的成膜化合物在电解液中的质量占比为1.5％～3.5％。
[0013]
所述的锂盐至为六氟磷酸锂lipf6、二氟磷酸锂lipo2f2、二草酸硼酸libob、二氟草酸硼酸锂liodfb、双氟磺酰亚胺锂lifsi、双三氟甲烷磺酰亚胺锂litfsi、四氟硼酸锂libf4中的一种或者组合；所述的锂盐在电解液中的总浓度为0.8～1.9mo1/l。
[0014]
所述的锂盐为lipf6、lifsi双组份混制；所述锂盐lifsi在电解液中的浓度为0.01～0.5mo1/l；
[0015]
所述的有机溶剂为碳酸酯类、羧酸酯类、硫类、腈类中的一种。
[0016]
所述的有机溶剂为环状碳酸酯和链状碳酸酯的混合物，环状碳酸酯和链状碳酸酯的质量比为0.3～0.8：1。
[0017]
本发明还包括一种所述的电解液的应用，应用于制备锂离子电池。
[0018]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0019]
(1)硅基化合物ⅰ的官能团或硅氧键(si
‑
o)能够与硅负极材料表面的羟基官能团发生键合反应而使电极钝化，能够抑制电解液在硅负极表面的持续不可逆反应及活性锂离子沉积。(2)硅基化合物ⅰ的腈基(
‑
cn)官能团能络合吸附金属离子，减少金属离子溶出对sei膜的催化分解破坏。(3)硅基化合物(ⅰ)能有效钝化正极活性材料表面，抑制其对电解液的氧化分解，降低电池产气。(4)硅基化合物(ⅰ)中的硅氧键较易受酸打断，能与锂盐分解物pf5及hf发生反应，可作为缚酸剂，减少酸性物质对锂离子电池体系的破坏。(5)溶剂、锂盐、成膜化合物成分复配简单。本发明电解液可应用于高电压三元或磷酸铁锂/掺硅负极体系，实现了锂离子电池能量密度增加、循环性能提升、安全性提高的多重效果。
具体实施方式
[0020]
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0021]
实施例1：一种锂离子电池电解液，包括硅基化合物、成膜化合物、锂盐以及有机溶剂；本实施例中，硅基化合物为甲基氰丙基环四硅氧烷(式ⅱ)，在电解液中的质量比分别为1.0％。成膜化合物包含碳酸亚乙烯酯(vc)和硫酸乙烯酯(dtd)，在电解液中的质量比分别为2.6％和0.4％。锂盐由六氟磷酸锂(lipf6)和双氟磺酰亚胺锂(lifsi)双组份混制。六氟磷酸锂(lipf6)在电解液中的浓度为1.00mo1/l，双氟磺酰亚胺锂(lifsi)在电解液中的浓度为0.10mo1/l。
[0022][0023]
有机溶剂为碳酸酯类，包括环状碳酸酯和链状碳酸酯。环状碳酸酯包含碳酸乙烯酯(ec)和氟代碳酸乙烯酯(fec)，链状碳酸酯包含碳酸二甲酯(dmc)和碳酸甲乙酯(emc)。在电解液中，溶剂质量配比为ec：fec：dmc：emc＝30：5：5：60。
[0024]
将得到的电解液应用于锂离子电池，锂离子电池由极组、电解液以及结构件构成。其中，极组由正极片、负极片和隔膜构成，是锂离子电池的核心部件；结构件由电池壳、电池盖、正极转接片、负极转接片、极组保护套、下垫片、外垫片及外包绝缘膜构成，其与极组共同组装成锂离子电池。所述正极片所用正极活性材料为三元ncm811，所述负极片所用负极活性材料为人造石墨和硅氧材料，所述隔膜为具有涂胶层的涂胶隔膜。
[0025]
对比例1：与实施例1相比，对比例采用的电解液不含硅基化合物甲基氰丙基环四硅氧烷(式ⅱ)。
[0026]
实施例2：与实施例1不同点在于：在电解液制备过程中，硅基化合物甲基氰丙基环四硅氧烷(式ⅱ)含量为0.5％。
[0027]
实施例3：与实施例1不同点在于：在电解液制备过程中，硅基化合物甲基氰丙基环四硅氧烷(式ⅱ)含量为1.5％。
[0028]
实施例4：与实施例1不同点在于：在电解液制备过程中，硅基化合物为环状化合物甲基氰丙基环三硅氧烷(式ⅲ)。
[0029][0030]
实施例5：与实施例1不同点在于：在电解液制备过程中，硅基化合物为环状化合物甲基氰丙基环五硅氧烷(式ⅳ)。
[0031][0032]
实施例6:与实施例1不同点在于：在电解液制备过程中，硅基化合物为链状短聚物(式
ⅴ
),其中，n＝1
‑
20。
[0033][0034][0035]
实施例7:与实施例1不同点在于：在电解液制备过程中，硅基化合物为链状短聚物(式
ⅵ
)，其中，n＝1
‑
20。
[0036][0037]
实施例与对比例的循环测试结果对比见表1。
[0038]
表1
[0039][0040]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人
员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。