【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及鋰電池，具體涉及三元正極硅碳負(fù)極鋰離子電池的電解液及其應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、近年來(lái)，新能源汽車(chē)市場(chǎng)爆發(fā)式增長(zhǎng)，鋰離子電池作為一種高能量密度、長(zhǎng)壽命、環(huán)保的電池技術(shù)，被廣泛了解和應(yīng)用。隨著中高端新能源車(chē)型陸續(xù)上市，續(xù)航里程成為新能源汽車(chē)效能的重要參數(shù)，提高電池的比能量是提升新能源汽車(chē)?yán)m(xù)航里程的方法之一。
2、鋰離子電池主要由正極材料、負(fù)極材料、電池隔膜、電解質(zhì)以及電池殼體等幾部分組成，其中，正極材料、負(fù)極材料是鋰離子電池的關(guān)鍵部件，直接決定鋰離子電池的比能量。三元正極材料在比能量方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，硅碳負(fù)極材料因較高的理論比容量、低脫鋰電位、環(huán)境友好、儲(chǔ)量豐富、成本較低等優(yōu)勢(shì)，成為備受關(guān)注的高比能量鋰離子電池負(fù)極材料，因此通過(guò)三元正極材料和硅碳負(fù)極材料制造鋰離子電池，是提高鋰離子電池比能量的有效手段。但是，目前該種鋰離子電池往往循環(huán)壽命較短，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)限制三元正極硅碳負(fù)極鋰離子電池循環(huán)壽命的主要因素之一在于，常規(guī)鋰離子電池電解液與硅碳負(fù)極匹配性較差，隨著循環(huán)的進(jìn)行，硅容易膨脹破碎，消耗電解液，從而導(dǎo)致電池容量快速下降。因此，需要開(kāi)發(fā)一種新的電解液，以解決三元正極硅碳負(fù)極鋰離子電池存在的循環(huán)壽命短的問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專(zhuān)利技術(shù)要解決的技術(shù)問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供三元正極硅碳負(fù)極鋰離子電池的電解液及其應(yīng)用，通過(guò)調(diào)控電解液組分及各組分配比，使石墨和硅表面形成高質(zhì)量sei膜，能夠抑制循環(huán)過(guò)程中硅的體積膨脹，從而達(dá)到延長(zhǎng)三元正極硅碳負(fù)極鋰離子電池循環(huán)壽
2、本專(zhuān)利技術(shù)的技術(shù)方案為：
3、一方面，本專(zhuān)利技術(shù)提供了三元正極硅碳負(fù)極鋰離子電池的電解液，包括母液和添加劑，添加劑包括正極成膜劑、負(fù)極復(fù)合成膜劑和包覆劑，正極成膜劑為lidfob，正極成膜劑的質(zhì)量為母液質(zhì)量的0.6-1%；負(fù)極復(fù)合成膜劑為質(zhì)量比為（11-33）:1的氟代碳酸乙烯酯（fec）和二氟磷酸鋰（lipo2f2），負(fù)極復(fù)合成膜劑的質(zhì)量為母液質(zhì)量的9-14%；包覆劑為質(zhì)量比為1:（2-2.5）的n,n-亞甲基雙丙烯酰胺（mba）和丙烯基-1,3-磺酸內(nèi)酯（pst），包覆劑的質(zhì)量為母液質(zhì)量的0.5-1%。
4、本專(zhuān)利技術(shù)中，若lidfob的添加量過(guò)多，會(huì)導(dǎo)致在正極上所形成的含硼氧化膜過(guò)厚或過(guò)于致密，導(dǎo)致正極脫嵌鋰阻抗過(guò)高，影響電池的循環(huán)性能；而若其添加量過(guò)低，那么所形成的含硼氧化膜過(guò)薄或過(guò)于疏松，防止電解液溶劑被正極氧化和抵抗正極材料各向異性應(yīng)力作用有限，起不到延長(zhǎng)正極或電池循環(huán)性能的作用。負(fù)極復(fù)合成膜劑中，若fec和lipo2f2的質(zhì)量比過(guò)大，則形成的sei膜致密性較差；而若兩者的質(zhì)量比過(guò)低時(shí)，所形成的sei膜離子通過(guò)性變差，導(dǎo)致負(fù)極阻抗過(guò)高。若負(fù)極復(fù)合成膜劑的添加量過(guò)多，在石墨上成膜過(guò)于致密，石墨上脫嵌鋰阻抗過(guò)大；若其添加量過(guò)低，在硅上成膜不連續(xù)且厚度不足，起不到抑制硅自由膨脹的目的。包覆劑中兩種單體?mba和pst通過(guò)負(fù)極中的碳負(fù)離子引發(fā)聚合，將兩者的質(zhì)量比設(shè)置為1:（2-2.5），可保證兩者能夠充分反應(yīng)。此外，若包覆劑的添加量過(guò)低，則形成的聚合物對(duì)負(fù)極活性物質(zhì)固定作用較弱；而若其添加量過(guò)多，會(huì)降低離子在界面上的傳輸，造成電池極化內(nèi)阻增大。
5、優(yōu)選的，母液的溶劑為dmc、ec和emc。
6、優(yōu)選的，dmc、ec和emc的體積比為1:（1-1.5）:（1-2）。
7、優(yōu)選的，母液的溶質(zhì)為lipf6。
8、優(yōu)選的，lipf6在母液中的濃度為0.8-1.2mol/l。
9、另一方面，本專(zhuān)利技術(shù)提供了上述三元正極硅碳負(fù)極鋰離子電池的電解液的應(yīng)用，將電解液灌注到干電池中，首先在15-20℃下靜置10-12h，讓電解液對(duì)極片進(jìn)行充分浸潤(rùn)，使電池容量充分發(fā)揮，若靜置溫度過(guò)低，浸潤(rùn)速度慢，而若靜置溫度過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致包覆劑單體發(fā)生聚合，若靜置時(shí)間過(guò)短，極片內(nèi)部深處浸潤(rùn)不透，而若靜置時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則會(huì)影響電池生產(chǎn)周期；然后在15-20℃下控制電流密度為0.01-0.03c，恒流充電3-5h，若電流密度過(guò)低、時(shí)間過(guò)短或溫度過(guò)低，均會(huì)影響正極成膜質(zhì)量，出現(xiàn)膜過(guò)薄、不連續(xù)或疏松等情況，對(duì)延長(zhǎng)正極或電池的循環(huán)性能效果較差，而若電流密度過(guò)高、時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或溫度過(guò)高，則均會(huì)導(dǎo)致膜過(guò)厚或過(guò)于致密，出現(xiàn)正極脫嵌鋰阻抗過(guò)大，影響電池循環(huán)性能；隨后在21-25℃下控制電流密度為0.04-0.06c，恒流充電6-8h，若溫度過(guò)低、電流密度過(guò)低或恒流充電時(shí)間過(guò)短，會(huì)導(dǎo)致無(wú)法形成sei膜或者sei膜不連續(xù)，而若溫度過(guò)高、電流密度過(guò)高或恒流充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致膜過(guò)厚，電池極化增大，充放電過(guò)程發(fā)熱增多，影響循環(huán)性能；最后在26-35℃下控制電流密度為0.08-0.12c，恒流充電8-12h，若電流密度過(guò)低，負(fù)極中的碳負(fù)離子濃度較低，不利于引發(fā)聚合反應(yīng)，而若電流密度過(guò)高，聚合速度過(guò)快，聚合物來(lái)不及在硅碳負(fù)極表面發(fā)生重排，對(duì)負(fù)極活性物質(zhì)包覆效果較差，若溫度過(guò)低，單體活性較差，不利于發(fā)生聚合，而若溫度過(guò)高，會(huì)引發(fā)單體在電解液中發(fā)生聚合，導(dǎo)致電解液本體粘度增加，離子電導(dǎo)率下降且起不到抑制負(fù)極膨脹和固定負(fù)極活性物質(zhì)的作用，若聚合時(shí)間過(guò)短，會(huì)導(dǎo)致電解液中的單體不能完全擴(kuò)散至負(fù)極界面處聚合。
10、本專(zhuān)利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：
11、由于三元正極硅碳負(fù)極鋰離子電池的電壓較高，在4.2v以上，正極氧化性較強(qiáng)，電解液中的溶劑容易被氧化而影響電池循環(huán)性能。而本專(zhuān)利技術(shù)添加正極成膜劑lidfob后，在正極的氧化作用下，lidfob分解，可以在正極活性物質(zhì)表面形成一層含有硼的氧化膜，這層膜能夠降低電解液中的溶劑在正極氧化分解的速度，可以減緩電解液的損耗速度，延長(zhǎng)電解液的有效期限；另一方面，含硼的氧化膜可以在一定程度上抵抗充放電過(guò)程中正極活性物質(zhì)的各向異性應(yīng)力，減緩正極材料的粉碎化，從而改善正極的循環(huán)性能。同時(shí)，本專(zhuān)利技術(shù)中的負(fù)極復(fù)合成膜劑fec和lipo2f2協(xié)同形成質(zhì)量更好的sei膜，所形成的sei膜性能穩(wěn)定且鋰離子通過(guò)性好；包覆劑mba和pst在負(fù)極表面形成高分子聚合物包覆層，其具有很好的電解液通過(guò)性，電解液通過(guò)高分子聚合物包覆層的阻力很小，不僅不影響電池的電化學(xué)性能，還有利于電池的循環(huán)性能。綜上，本專(zhuān)利技術(shù)通過(guò)調(diào)控電解液組分及各組分配比，使硅表面形成高質(zhì)量sei膜，能夠抑制循環(huán)過(guò)程中硅的體積膨脹，從而達(dá)到延長(zhǎng)三元正極硅碳負(fù)極鋰離子電池循環(huán)壽命的目的。
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1.三元正極硅碳負(fù)極鋰離子電池的電解液，其特征在于，包括母液和添加劑，添加劑包括正極成膜劑、負(fù)極復(fù)合成膜劑和包覆劑，正極成膜劑為L(zhǎng)iDFOB，正極成膜劑的質(zhì)量為母液質(zhì)量的0.6-1%；負(fù)極復(fù)合成膜劑為質(zhì)量比為（11-33）:1的氟代碳酸乙烯酯和二氟磷酸鋰，負(fù)極復(fù)合成膜劑的質(zhì)量為母液質(zhì)量的9-14%；包覆劑為質(zhì)量比為1:（2-2.5）的N,N-亞甲基雙丙烯酰胺和丙烯基-1,3-磺酸內(nèi)酯，包覆劑的質(zhì)量為母液質(zhì)量的0.5-1%。
2.如權(quán)利要求1所述的三元正極硅碳負(fù)極鋰離子電池的電解液，其特征在于，母液的溶劑為DMC、EC和EMC。
3.如權(quán)利要求2所述的三元正極硅碳負(fù)極鋰離子電池的電解液，其特征在于，DMC、EC和EMC的體積比為1:（1-1.5）:（1-2）。
4.如權(quán)利要求1所述的三元正極硅碳負(fù)極鋰離子電池的電解液，其特征在于，母液的溶質(zhì)為L(zhǎng)iPF6。
5.如權(quán)利要求4所述的三元正極硅碳負(fù)極鋰離子電池的電解液，其特征在于，LiPF6在母液中的濃度為0.8-1.2mol/L。
6.如權(quán)利要求1所述的三元正極硅碳負(fù)極鋰離子電
...【技術(shù)特征摘要】
1.三元正極硅碳負(fù)極鋰離子電池的電解液，其特征在于，包括母液和添加劑，添加劑包括正極成膜劑、負(fù)極復(fù)合成膜劑和包覆劑，正極成膜劑為lidfob，正極成膜劑的質(zhì)量為母液質(zhì)量的0.6-1%；負(fù)極復(fù)合成膜劑為質(zhì)量比為（11-33）:1的氟代碳酸乙烯酯和二氟磷酸鋰，負(fù)極復(fù)合成膜劑的質(zhì)量為母液質(zhì)量的9-14%；包覆劑為質(zhì)量比為1:（2-2.5）的n,n-亞甲基雙丙烯酰胺和丙烯基-1,3-磺酸內(nèi)酯，包覆劑的質(zhì)量為母液質(zhì)量的0.5-1%。
2.如權(quán)利要求1所述的三元正極硅碳負(fù)極鋰離子電池的電解液，其特征在于，母液的溶劑為dmc、ec和emc。
3.如權(quán)利要求2所述的三元正極硅碳負(fù)極鋰離子電池的電解液，其特征在于，dmc、ec和emc的體積比...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：單穎會(huì)，吳濤，林雙，戰(zhàn)祥連，徐艷，徐加民，李振鐸，張志鵬，趙艷紅，張兵，王超，王英健，宋國(guó)濤，張傳樂(lè)，董智鑫，劉洋，寧帥，馮浩哲，秦正君，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：淄博火炬能源有限責(zé)任公司，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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