本發明屬于鋰離子電池領域,具體涉及一種電解液及鋰離子電池。
背景技術:
1、高比容量的負極材料是提高鋰離子電池能量密度的重要突破口,硅基材料因為其高理論比容量(si:4200mah/g,sio:2650mah/g),適宜的放電電位以及在自然界中較為豐富的儲量被認為是最有可能取代石墨的負極材料。但是單質硅在鋰離子電池中的商業化應用存在諸多問題,首先,硅基材料作為負極在電池循環中會出現體積膨脹問題,并且可能會導致活性顆粒的破裂、極片粉化和活性物質脫落的問題。其次,硅負極在首次循環過程中伴有較大的體積膨脹,由于硅體積發生變化固體電解質界面膜(sei)會隨之破裂,新暴露在表面的硅會生產新的sei膜,同時會不斷消耗電解液中的鋰離子,降低了首次庫倫效率。更嚴重的是,在循環過程中由于電極材料的體積變化,使硅負極界面的sei膜重復生長破裂,極大地影響了循環穩定性。
2、由于硅基負極材料的體積效應,硅基負極在電解液中難以形成穩定的固體電解質界面膜,并且在電池循環過程中存在電極結構被破壞,暴露的硅基表面會不斷的形成新的固體電解質界面膜,導致了負極材料的腐蝕以及容量衰減。
3、目前常用電解液溶劑為線性碳酸酯和環狀碳酸酯,例如碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯,這些溶劑形成的sei膜有機成分含量高,導致sei膜穩定性和鋰離子電池動力學性能差。
技術實現思路
1、為解決上述現有技術中電解液溶劑為線性碳酸酯和環狀碳酸酯時,形成的sei膜有機成分含量高,導致sei膜穩定性和鋰離子電池動力學性能差的技術問題,本發明的目的在于提供一種電解液及鋰離子電池。
2、本發明提供一種電解液,所述電解液包括電解液添加劑,所述電解液添加劑的結構通式如下式(ⅰ)所示:
3、
4、其中,r1~r2中至少一個含有f原子,r1為鹵代烴基,r2包含苯醚結構。
5、本發明電解液包括上述結構通式的電解液添加劑,第一方面,該電解液添加劑可以降低lumo能級,優先在負極表面形成lif的sei膜,形成的lif界面膜離子電導率高,可以提高鋰離子電池動力學性能,從而提高鋰離子電池的倍率性能,同時形成的lif界面膜穩定性高,可以提高鋰離子電池的首次庫倫效率和循環性能;第二方面,該電解液添加劑降低homo能級,提高電解液氧化穩定性,改善高電壓下的循環性能;第三方面,該電解液添加劑中的羧酸酯基團相比于現有技術中的碳酸酯極性較強,可提供更高的電導率,同時粘度和凝點更低,可廣泛應用于低溫領域,在解決低溫充電、提高快充有較好的效果;第四方面,該電解液添加劑中的氰基中氰基碳氮叁鍵的鍵能很高,不容易被氧化,在正極上具有很好的穩定性,耐氧化性很強,同時氰基又具有較強的配位能力,可以和電極表面的活性位點(比如說一些高價態的金屬離子如鎳、鈷、錳等)結合,起到掩蔽正極表面這些活性金屬離子的作用,減少電極對電解液的分解作用,提高了鋰離子電池穩定性;第五方面,電解液添加劑中的氟基和氰基具有一定阻燃作用,可以提高鋰離子電池安全性能。因此本發明電解液添加劑可以提高sei膜的穩定性和鋰離子電池的動力學性能,有效提高鋰離子電池循首次庫倫效率、循環性能和倍率性能,且改善電解液的低溫和高電壓性能,同時使得電解液具有阻燃作用,提高了鋰離子電池的安全性能。
6、優選地,所述r1為如下式(ⅱ)所示,r2為如下式(ⅲ)所示:
7、
8、其中,r3~r18中至少一個為f原子或氟代烷基,*為連接端。
9、進一步優選地,r3~r9中至少一個為f原子或氟代烷基。
10、優選地,在所述電解液中,所述電解液添加劑的質量分數為3%~9%。
11、本方案在所述電解液中,所述電解液添加劑的質量分數為3%~9%,電解液添加劑的質量分數在該范圍,既可以充分實現電解液添加劑的上述技術效果,又可以使電解液保持合適的電導率,且成本合理。
12、優選地,所述電解液還包括線性碳酸酯和環狀碳酸酯。
13、優選地,所述線性碳酸酯包括碳酸二甲酯(dmc)、碳酸二乙酯(dec)、碳酸甲乙酯(emc)、碳酸甲丙酯(mpc)中的至少一種。
14、優選地,所述環狀碳酸酯包括碳酸乙烯酯(ec)、氟代碳酸乙烯酯(fec)、碳酸丙烯酯(pc)中的至少一種。
15、優選地,所述電解液還包括含硫添加劑和碳酸酯添加劑;在所述電解液中,所述含硫添加劑的質量分數為1%~2%,所述碳酸酯添加劑的質量分數為0.2%~0..8%。
16、本方案所述電解液還包括含硫添加劑和碳酸酯添加劑;在所述電解液中,所述含硫添加劑的質量分數為1%~2%,所述碳酸酯添加劑的質量分數為0.2%~0.8%;電解液中包括含硫添加劑和碳酸酯添加劑,且含硫添加劑和碳酸酯添加劑的質量分數在該范圍,既可以在電極表面形成穩定致密的sei膜,提升電解液的高溫性能,抑制氣脹和減少電池內阻,又可以減少sei膜有機成分含量。
17、優選地,所述含硫添加劑包括硫酸乙烯酯、亞硫酸丙烯酯、1,3-丙磺酸內酯、丙烯基-1,3-磺酸內酯中的至少一種。
18、優選地,所述碳酸酯添加劑包括碳酸亞乙烯酯、二(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯(tfec)中的至少一種。
19、優選地,在所述電解液中,還包括濃度為1.0~1.5mol/l的六氟磷酸鋰lipf6。
20、本發明還提供一種鋰離子電池,包括所述電解液。
1.一種電解液,其特征在于,所述電解液包括電解液添加劑,所述電解液添加劑的結構通式如下式(ⅰ)所示:
2.根據權利要求1所述電解液,其特征在于,所述r1為如下式(ⅱ)所示,r2為如下式(ⅲ)所示:
3.根據權利要求1所述電解液,其特征在于,在所述電解液中,所述電解液添加劑的質量分數為3%~9%。
4.根據權利要求1所述電解液,其特征在于,所述電解液還包括線性碳酸酯和環狀碳酸酯。
5.根據權利要求4所述電解液,其特征在于,所述線性碳酸酯包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯中的至少一種。
6.根據權利要求4所述電解液,其特征在于,所述環狀碳酸酯包括碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯中的至少一種。
7.根據權利要求1所述電解液,其特征在于,所述電解液還包括含硫添加劑和碳酸酯添加劑;在所述電解液中,所述含硫添加劑的質量分數為1%~2%,所述碳酸酯添加劑的質量分數為0.2%~0.8%。
8.根據權利要求7所述電解液,其特征在于,所述含硫添加劑包括硫酸乙烯酯、亞硫酸丙烯酯、1,3-丙磺酸內酯、丙烯基-1,3-磺酸內酯中的至少一種。
9.根據權利要求7所述電解液,其特征在于,所述碳酸酯添加劑包括碳酸亞乙烯酯、二(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯中的至少一種。
10.一種鋰離子電池,其特征在于,包括如權利要求1~9任一項所述電解液。