CN103594730A - 用于硅负极锂电池的电解液及硅负极锂电池 - Google Patents

用于硅负极锂电池的电解液及硅负极锂电池 Download PDF

Info

Publication number
CN103594730A
CN103594730A CN201310628294.8A CN201310628294A CN103594730A CN 103594730 A CN103594730 A CN 103594730A CN 201310628294 A CN201310628294 A CN 201310628294A CN 103594730 A CN103594730 A CN 103594730A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrolyte
lithium battery
silicium cathode
additive
battery according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201310628294.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103594730B (zh
Inventor
袁杰
沈蕾
袁祥云
甘朝伦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhangjiagang Guotai Huarong New Chemical Materials Co Ltd
Original Assignee
Zhangjiagang Guotai Huarong New Chemical Materials Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhangjiagang Guotai Huarong New Chemical Materials Co Ltd filed Critical Zhangjiagang Guotai Huarong New Chemical Materials Co Ltd
Priority to CN201310628294.8A priority Critical patent/CN103594730B/zh
Publication of CN103594730A publication Critical patent/CN103594730A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103594730B publication Critical patent/CN103594730B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H01M10/0567—Liquid materials characterised by the additives
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H01M10/0569—Liquid materials characterised by the solvents
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于硅负极锂电池的电解液，由锂盐、溶剂和添加剂组成，添加剂包括添加剂M，其中，锂盐的摩尔浓度为0.001～2摩尔/升，添加剂M占电解液的质量百分比为0.1～10%；添加剂M的结构式为
Figure DDA0000425512400000011
或其中，R1、R2、R3、R4、R5独立为烷氧基或卤代烷氧基，R6为烷基或者卤代烷基，卤代的卤素为F、Cl、Br中的任意一种，卤代为部分取代或者全取代；m、n独立为1～10的整数，x为1～10的整数。含聚醚链的有机硅异氰酸化合物能有效提高硅负极锂电池的充放电性能，减少副反应的发生，从而减少电池胀气，提高电池的循环寿命。

Description

用于硅负极锂电池的电解液及硅负极锂电池
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种用于硅负极锂电池的电解液及硅负极锂电池。
背景技术
锂离子电池具有工作电压高、比能量大、无污染、无记忆效应和长寿命等优点，被广泛用于移动电话、数码相机和笔记本电脑等便携式电器装置，同时作为石油的替代能源在电动车以及混合动力车上也将大规模的应用。硅负极具有较大的储锂容量，及其在地球中的丰富含量，为锂离子电池的理想负极材料。
采用硅负极作为锂离子电池的负极，在充放电循环过程中，Li-Si合金的可逆生成与分解伴随着巨大的体积变化，会引起合金的粉化或裂缝，导致硅材料的崩塌和电极材料的剥落，而使电极材料失去电接触，造成硅负极锂离子电池的循环性能急剧下降。同时由于副反应的发生，在充放电过程中会产生大量的气体，容易电池内部胀气。
目前为提升硅负极材料锂离子电池的充放电效率，主要以改变电池极片的组成为主，例如可以提高电极材料中非晶硅的含量或者采用碳膜包覆的硅材料。
为了解决这个问题，从电解液角度出发提出使用不饱和键的环状碳酸酯的方案，如VC、VEC等。然而，该类化合物虽然在负极表面形成覆膜，但是该覆膜结构与硅负极之间融合不够充分，充放电性能降低，同时气体产生十分显著，电池膨胀较大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种充放电效率高的用于硅负极锂电池的电解液。
本发明所要解决的另一技术问题是提供一种采用上述电解液的硅负极锂电池。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种用于硅负极锂电池的电解液，由锂盐、溶剂和添加剂组成，所述的添加剂包括添加剂M，其中，锂盐的摩尔浓度为0.001～2摩尔/升，添加剂M占所述的电解液的质量百分比为0.1～10%；所述的添加剂M的结构式为
Figure BDA0000425512390000021
其中，R1、R2、R3、R4、R5独立为烷氧基或卤代烷氧基，R6为烷基或者卤代烷基，所述的卤代的卤素为F、Cl、Br中的任意一种，所述的卤代为部分取代或者全取代；m、n独立为1～10的整数，x为1～10的整数。
优选地，所述的添加剂还包括其他添加剂，所述的其他添加剂为联苯（BP）、环己基苯（CHB）、叔丁基苯（TBB）、叔戊基苯（TPB）、丁二氰（SN）中的一种或多种。
更优选地，所述的其他添加剂的摩尔浓度为0.001～0.5摩尔/升。
优选地，所述的锂盐选自LiClO4、LiPF6、LiAsF6、LiSO3F、LiCF3SO3中的一种或多种。
优选地，所述的溶剂为碳酸酯类有机溶剂、醚类有机溶剂中的任意一种或两种的混合物。
更优选地，所述的碳酸酯类有机溶剂为碳酸乙烯酯（EC）、碳酸丙烯酯（PC）、γ-丁内酯（GBL）、碳酸亚丁酯（BC）、碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸二丙酯（DPC）、碳酸甲基乙基酯（EMC）、碳数为3～8个的直链或支链脂肪单醇与碳酸合成的碳酸酯衍生物中的一种或多种。
更优选地，所述的醚类有机溶剂为四氢呋喃（THF）、2-甲基四氢呋喃（2-Methyl-THF）、1，3-二氧环戊烷（DOL）、二甲氧甲烷（DMM）、1，2-二甲氧乙烷（DME）、二甘醇二甲醚（dimethyl carbitol）中的一种或多种。
优选地，所述的m、n独立为1～3的整数，x为2～3的整数。
优选地，所述的添加剂M为
（三乙氧基甲基三甲氧基硅异氰酸）
或（氟代三乙氧基甲基二甲氧基硅丙基异氰酸）。
一种采用上述电解液的硅负极锂电池，所述的硅负极锂电池的硅负极的材料为硅纳米线材料或者碳包覆放入硅纳米线材料。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
在硅负极锂电池中，电解液中通过采用含聚醚链的有机硅异氰酸化合物，该化学结构中的烷氧基硅烷官能团与羟基官能团在电极/电解质表面反应，在硅负极表面形成Si-O-Si结构的SEI覆膜，该覆膜与基体硅负极融合充分，能够有效抑制电解质不可逆还原在硅电极上的大量沉积，提高电极的循环寿命；该化学结构中的聚醚链提供与锂离子络合点，进行离子传输；该化学结构中的异氰酸可以消除现有电解液体系由于LiPF6水解而产生的酸性物质，从而提高电池的性能。因此，含聚醚链的有机硅异氰酸化合物能有效提高硅负极锂电池的充放电性能，减少副反应的发生，从而减少电池胀气，提高电池的循环寿命。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明作详细说明：
实施例1至11：
在充氩气的手套箱中（H2O<10ppm）制作用于硅负极锂电池的电解液，具体电解液的成分组成参见表1。
将该电解液注入1Ah的钴酸锂为正极、硅纳米线为负极的锂电池中，以0.1C充放电对电池进行化成，在25℃下，1C充放电100周，测试其电池容量百分率和电池膨胀率。其结果如表1所示。
表1
Figure BDA0000425512390000051
Figure BDA0000425512390000061
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于硅负极锂电池的电解液，由锂盐、溶剂和添加剂组成，其特征在于：所述的添加剂包括添加剂M，其中，锂盐的摩尔浓度为0.001～2摩尔/升，添加剂M占所述的电解液的质量百分比为0.1～10%；所述的添加剂M的结构式为
其中，R1、R2、R3、R4、R5独立为烷氧基或卤代烷氧基，R6为烷基或者卤代烷基，所述的卤代的卤素为F、Cl、Br中的任意一种，所述的卤代为部分取代或者全取代；m、n独立为1～10的整数，x为1～10的整数。
2.根据权利要求1所述的用于硅负极锂电池的电解液，其特征在于：所述的添加剂还包括其他添加剂，所述的其他添加剂为联苯、环己基苯、叔丁基苯、叔戊基苯、丁二氰中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的用于硅负极锂电池的电解液，其特征在于：所述的其他添加剂的摩尔浓度为0.001～0.5摩尔/升。
4.根据权利要求1所述的用于硅负极锂电池的电解液，其特征在于：所述的锂盐选自LiClO4、LiPF6、LiAsF6、LiSO3F、LiCF3SO3中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的用于硅负极锂电池的电解液，其特征在于：所述的溶剂为碳酸酯类有机溶剂、醚类有机溶剂中的任意一种或两种的混合物。
6.根据权利要求5所述的用于硅负极锂电池的电解液，其特征在于：所述的碳酸酯类有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、γ-丁内酯、碳酸亚丁酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲基乙基酯、碳数为3～8个的直链或支链脂肪单醇与碳酸合成的碳酸酯衍生物中的一种或多种。
7.根据权利要求5所述的用于硅负极锂电池的电解液，其特征在于：所述的醚类有机溶剂为四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1，3-二氧环戊烷、二甲氧甲烷、1，2-二甲氧乙烷、二甘醇二甲醚中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的用于硅负极锂电池的电解液，其特征在于：所述的m、n独立为1～3的整数，x为2～3的整数。
9.根据权利要求8所述的用于硅负极锂电池的电解液，其特征在于：所述的添加剂M为
Figure FDA0000425512380000021
10.一种采用权利要求1至9中任一项所述的电解液的硅负极锂电池，其特征在于：所述的硅负极锂电池的硅负极的材料为硅纳米线材料或者碳包覆放入硅纳米线材料。
CN201310628294.8A 2013-11-29 2013-11-29 用于硅负极锂电池的电解液及硅负极锂电池 Active CN103594730B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310628294.8A CN103594730B (zh) 2013-11-29 2013-11-29 用于硅负极锂电池的电解液及硅负极锂电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310628294.8A CN103594730B (zh) 2013-11-29 2013-11-29 用于硅负极锂电池的电解液及硅负极锂电池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103594730A true CN103594730A (zh) 2014-02-19
CN103594730B CN103594730B (zh) 2016-04-06

Family

ID=50084777

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310628294.8A Active CN103594730B (zh) 2013-11-29 2013-11-29 用于硅负极锂电池的电解液及硅负极锂电池

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103594730B (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106531963A (zh) * 2016-09-21 2017-03-22 珠海光宇电池有限公司 锂离子电池负极浆料及锂离子电池
WO2017113473A1 (zh) * 2015-12-30 2017-07-06 中国科学院广州能源研究所 一种有机硅电解液和硅基电极材料配合使用的方法
CN107293789A (zh) * 2017-07-25 2017-10-24 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种循环效果好的锂离子电池及其电解液
CN110224175A (zh) * 2019-04-23 2019-09-10 珠海市赛纬电子材料股份有限公司 一种锂离子电池非水电解液及包含该电解液的锂离子电池
CN111293364A (zh) * 2018-12-10 2020-06-16 张家港市国泰华荣化工新材料有限公司 一种非水电解液及锂离子电池
CN111477964A (zh) * 2020-04-14 2020-07-31 宁德新能源科技有限公司 一种电解液及电化学装置
CN112271336A (zh) * 2020-11-25 2021-01-26 广州天赐高新材料股份有限公司 一种电解液及锂二次电池
CN114976010A (zh) * 2022-06-16 2022-08-30 深圳市研一新材料有限责任公司 一种负极添加剂及其制备方法和应用

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109638351B (zh) * 2018-11-02 2021-08-24 珠海市赛纬电子材料股份有限公司 一种兼顾高低温性能的高电压电解液及其锂离子电池

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101425575A (zh) * 2007-10-31 2009-05-06 索尼株式会社 负极以及电池
US20090311609A1 (en) * 2005-06-23 2009-12-17 Sanyo Electric Co., Ltd. Nonaqueous electrolyte secondary battery and nonaqueous electrolyte solution
CN102479973A (zh) * 2010-11-24 2012-05-30 比亚迪股份有限公司 一种硅负极锂离子电池
CN102790236A (zh) * 2011-05-18 2012-11-21 张家港市国泰华荣化工新材料有限公司 含氟化合物的非水电解质溶液

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090311609A1 (en) * 2005-06-23 2009-12-17 Sanyo Electric Co., Ltd. Nonaqueous electrolyte secondary battery and nonaqueous electrolyte solution
CN101425575A (zh) * 2007-10-31 2009-05-06 索尼株式会社 负极以及电池
CN102479973A (zh) * 2010-11-24 2012-05-30 比亚迪股份有限公司 一种硅负极锂离子电池
CN102790236A (zh) * 2011-05-18 2012-11-21 张家港市国泰华荣化工新材料有限公司 含氟化合物的非水电解质溶液

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107732304A (zh) * 2015-12-30 2018-02-23 中国科学院广州能源研究所 一种有机硅电解液和硅基电极材料配合使用的方法
WO2017113473A1 (zh) * 2015-12-30 2017-07-06 中国科学院广州能源研究所 一种有机硅电解液和硅基电极材料配合使用的方法
CN106531963B (zh) * 2016-09-21 2019-12-17 珠海光宇电池有限公司 锂离子电池负极浆料及锂离子电池
CN106531963A (zh) * 2016-09-21 2017-03-22 珠海光宇电池有限公司 锂离子电池负极浆料及锂离子电池
CN107293789A (zh) * 2017-07-25 2017-10-24 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种循环效果好的锂离子电池及其电解液
CN107293789B (zh) * 2017-07-25 2019-09-13 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种循环效果好的锂离子电池及其电解液
CN111293364A (zh) * 2018-12-10 2020-06-16 张家港市国泰华荣化工新材料有限公司 一种非水电解液及锂离子电池
CN110224175A (zh) * 2019-04-23 2019-09-10 珠海市赛纬电子材料股份有限公司 一种锂离子电池非水电解液及包含该电解液的锂离子电池
CN110224175B (zh) * 2019-04-23 2021-05-25 珠海市赛纬电子材料股份有限公司 一种锂离子电池非水电解液及包含该电解液的锂离子电池
CN111477964A (zh) * 2020-04-14 2020-07-31 宁德新能源科技有限公司 一种电解液及电化学装置
CN112271336A (zh) * 2020-11-25 2021-01-26 广州天赐高新材料股份有限公司 一种电解液及锂二次电池
CN112271336B (zh) * 2020-11-25 2021-08-27 广州天赐高新材料股份有限公司 一种电解液及锂二次电池
CN114976010A (zh) * 2022-06-16 2022-08-30 深圳市研一新材料有限责任公司 一种负极添加剂及其制备方法和应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN103594730B (zh) 2016-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103594730B (zh) 用于硅负极锂电池的电解液及硅负极锂电池
CN105406121B (zh) 一种匹配硅碳负极锂离子电池电解液及硅碳负极锂离子电池
CN103208653B (zh) 一种镍基阴极锂离子电池用电解液及锂离子电池
CN109921092A (zh) 一种硅基负极锂离子电池非水电解液及含该电解液的硅基负极锂离子电池
CN104022310B (zh) 锂离子二次电池及含有该电解液的锂离子电池
CN109509912A (zh) 一种抑制金属锂枝晶生长的方法
CN106159325B (zh) 一种锂离子电池用低温电解液及低温锂离子电池
CN110265717A (zh) 高压锂离子电池电解液及其电池
CN103456993A (zh) 一种高电压锂离子电池电解液
CN103500850A (zh) 一种磷酸铁锂电池的低温电解液
CN113299990B (zh) 一种锂离子电池电解液及锂离子电池
CN103094613B (zh) 高电压动力电池用电解液及包含该电解液的动力电池
CN105449278A (zh) 一种硅氧烷衍生物锂离子电池电解液及高电压锂离子电池
CN108270034A (zh) 一种锂离子电池电解液
CN106033824B (zh) 高电压锂离子电池及其电解液
CN109830747A (zh) 一种电解液添加剂及电解液以及电解液的应用
CN102456922A (zh) 含氟碳表面活性剂的电解液以及锂离子电池
CN109524716A (zh) 电解液及其制备方法与包含其的二次电池和用电设备
CN103384018B (zh) 一种减少钛酸锂电池产气量的电解液
CN109786830B (zh) 一种含硅溶剂和噻吩类添加剂的电解液及使用该电解液的锂离子电池
CN105609876A (zh) 一种噻吩酯类化合物电解液添加剂以及含该电解液添加剂的高电压电解液
CN104638298A (zh) 一种高电压锂离子电池电解液
CN104409771B (zh) 一种含有腈乙基氢氟醚的电解液及一种锂二次电池
CN103346351B (zh) 一种锂离子二次电池用新型硼酸酯溶剂
CN103413969A (zh) 一种以硅基材料为负极材料的锂离子电池用电解液及锂离子电池

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CP02 Change in the address of a patent holder
CP02 Change in the address of a patent holder

Address after: No.35 Nanhai Road, Jiangsu Yangzijiang International Chemical Industrial Park, Zhangjiagang, Suzhou, Jiangsu, 215634 (Cathay Huarong)

Patentee after: Zhangjiagang Guotai-Huarong New Chemical Materials Co.,Ltd.

Address before: 215634 No.9 Nanhai Road, Yangzijiang International Chemical Industrial Park, Zhangjiagang City, Suzhou City, Jiangsu Province

Patentee before: Zhangjiagang Guotai-Huarong New Chemical Materials Co.,Ltd.