电解液和锂离子电池的制作方法

本技术涉及锂离子电池，具体涉及电解液和锂离子电池。

背景技术：

1、近年来，锂离子电池在智能手机、平板电脑、智能穿戴、电动工具和电动汽车等领域得到了广泛的应用。随着锂离子电池应用的日益广泛，消费者对锂离子电池的使用环境、需求不断提高，这就要求锂离子电池能够在兼顾长寿命、高低温性能的同时还具有高安全性。

2、目前，锂离子电池在使用过程中存在安全隐患，例如当电池处于持续高温等一些极端的使用情况下时，容易发生起火甚至爆炸等严重的安全事故。造成上述问题的主要原因包括活性材料在高温、高电压下结构不稳定，电解液与锂化石墨发生剧烈反应释放大量热，导致电芯温度持续上升，从而引发电芯热失控。

3、为克服上述技术问题，急需开发具有高安全性、高电压的锂离子电池。目前，主要通过向电解液中添加阻燃剂(如磷酸三甲酯等)以改善电池的安全性能，然而上述阻燃剂添加剂的使用往往会导致电池性能劣化，严重缩短电芯寿命。因此，如何开发在不影响电池电化学性能的前提下，使电池同时还具有高安全性、高电压的锂离子电池是目前亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了电解液和锂离子电池。该高电压锂离子电池不仅具有优异的电化学性能、长寿命，同时还具有高安全性。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种电解液，该电解液包括有机溶剂、锂盐、第一添加剂、第二添加剂和第三添加剂；

4、第一添加剂包括硅烷类化合物；

5、第二添加剂包括联环类化合物；

6、第三添加剂包括二氟草酸硼酸锂。

7、作为优选，第一添加剂硅烷类化合物包括四乙烯基硅烷；

8、作为优选，第二添加剂联环类化合物包括式t1～式t8所示化合物中的至少一种；

9、

10、作为优选，第一添加剂的添加量占电解液总质量的0.2wt％～1wt％；示例性的为0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％、0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％、0.8wt％、0.9wt％、1wt％，或者为前述任意两两数值组成的范围值及其范围值内的任一点值。

11、作为优选，第二添加剂的添加量占电解液总质量的1wt％～5wt％；示例性的为1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％，或者为前述任意两两数值组成的范围值及其范围值内的任一点值。

12、作为优选，第三添加剂的添加量占电解液总质量的0.1wt％～1wt％；示例性的为0.1wt％、0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％、0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％、0.8wt％、0.9wt％、1wt％，或者为前述任意两两数值组成的范围值及其范围值内的任一点值。

13、在本发明提供的具体实施例中，第三添加剂的添加量占电解液总质量的0.13wt％～1wt％。

14、优选地，第一添加剂和第二添加剂的添加量满足如下条件：

15、0.07≤ca/cb≤0.8

16、其中，ca表示第一添加剂的添加量，cb表示第二添加剂的添加量。

17、更优选地，第一添加剂和第二添加剂的添加量满足如下条件：

18、0.08≤ca/cb≤0.77

19、作为优选，有机溶剂包括第一有机溶剂，或者包括第一有机溶剂和第二有机溶剂；

20、第一有机溶剂包括丙酸乙酯；

21、第二有机溶剂包括碳酸乙烯酯(ec)、碳酸丙烯酯(pc)、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、丙酸丙酯(pp)和乙酸丙酯中的至少一种；

22、在本发明提供的具体实施例中，第二有机溶剂包括碳酸乙烯酯(ec)、碳酸丙烯酯(pc)和丙酸丙酯(pp)。三种溶剂可以按任意质量比例混合，示例性的为1:1:1。

23、优选地，第一有机溶剂的添加量占电解液总质量的5wt％～70wt％。示例性的为5wt％、10wt％、20wt％、30wt％、40wt％、50wt％、60wt％、70wt％，或者为前述任意两两数值组成的范围值及其范围值内的任一点值。

24、优选地，第一有机溶剂的添加量占电解液总质量的20wt％～60wt％。示例性的为20wt％、30wt％、40wt％、50wt％、60wt％，或者为前述任意两两数值组成的范围值及其范围值内的任一点值。

25、更优选地，第一有机溶剂的添加量占电解液总质量的20～50wt％。

26、作为优选，锂盐包括六氟磷酸锂和/或双三氟甲基磺酰亚胺锂。

27、作为优选，六氟磷酸锂的添加量占电解液总质量的13wt％～20wt％；示例性的为13wt％、14wt％、15wt％、16wt％、17wt％、18wt％、19wt％、20wt％，或者为前述任意两两数值组成的范围值及其范围值内的任一点值。

28、作为优选，双三氟甲基磺酰亚胺锂的添加量占电解液总质量的0.5wt％～10wt％。示例性的为0.5wt％、1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％、10wt％，或者为前述任意两两数值组成的范围值及其范围值内的任一点值。

29、作为优选，该电解液还包括第四添加剂和/或第五添加剂。

30、作为优选，第四添加剂包括三(三甲基硅烷)亚磷酸酯、三(三甲基甲硅烷基)硼酸酯、双氟磺酰亚胺锂、1,3-丙磺酸内酯、1,3-丙烯磺酸内酯、亚硫酸乙烯酯、硫酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、二草酸硼酸锂、二氟草酸磷酸锂和乙烯基碳酸乙烯酯中的至少一种；

31、作为优选，第四添加剂的添加量占电解液总质量的0～10wt％；示例性的为0.1wt％、0.5wt％、1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％、10wt％，或者为前述任意两两数值组成的范围值及其范围值内的任一点值。

32、作为优选，第五添加剂包括含氟取代的硼醚类化合物；

33、优选地，含氟取代的硼醚类化合物包括式t9～式t11所示化合物中的至少一种；

34、

35、优选地，含氟取代的硼醚类化合物的添加量占电解液总质量的0.1wt％～1wt％。示例性的为0.1wt％、0.5wt％、1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％、10wt％，或者为前述任意两两数值组成的范围值及其范围值内的任一点值。

36、本发明还提供了一种锂离子电池，该锂离子电池包括正极片、负极片、置于正极片和负极片之间的隔膜，以及上述电解液；

37、在本发明中，负极片的负极活性物质包含硅基材料。

38、作为优选，硅基材料选自硅、硅碳、siox、sio2中的至少一种，其中，0<x<2。

39、作为优选，负极片的负极活性物质还包含碳材料；

40、作为优选，碳材料包括人造石墨、天然石墨、中间相碳微球、硬碳、软碳中的至少一种。

41、在本发明提供的具体实施例中，碳材料包括石墨材料。

42、作为优选，硅基材料与碳材料的质量比为(1～40)：(60～99)。

43、优选地，硅基材料与碳材料的质量比为(5～30)：(70～95)。

44、在本发明提供的具体实施例中，负极片的负极活性物质包括石墨和硅碳的混合物，或者包括石墨和sio2的混合物。

45、在本发明提供的实施例中，负极片包括负极集流体和涂覆在负极集流体至少一侧表面的负极活性物质层，负极活性物质层包括负极活性物质、导电剂和粘结剂。

46、作为优选，负极活性物质层中各组分的质量百分含量为：70wt％～99.7wt％的负极活性物质、0.1wt％～10wt％的导电剂、0.1wt％～10wt％的粘结剂。

47、本发明提供的一个示例性的实施方案，负极活性物质、导电剂和粘结剂的混合质量比为97.4:0.7:1.9。

48、作为优选，正极片包括正极集流体和涂覆在正极集流体至少一侧表面的正极活性物质层，正极活性物质层包括正极活性物质、导电剂和粘结剂。

49、作为优选，正极活性物质层中各组分的质量百分含量为：70wt％～99.7wt％的正极活性物质、0.1wt％～10wt％的导电剂、0.1wt％～10wt％的粘结剂。

50、本发明提供的一个示例性的实施方案，正极活性物质、导电剂和粘结剂的混合质量比为97.6:1.1:1.3。

51、作为优选，正极活性物质选自钴酸锂(licoo2)或经过al、mg、mn、cr、ti、zr中的两种、三种或更多种元素掺杂包覆处理的钴酸锂(licoo2)，经过al、mg、mn、cr、ti、zr中的两种、三种或更多种元素掺杂包覆处理的钴酸锂的化学式为lixco1-y1-y2-y3-y4ay1by2cy3dy4o2；0.95≤x≤1.05，0.01≤y1≤0.1，0.01≤y2≤0.1，0≤y3≤0.1，0≤y4≤0.1，a、b、c、d独立地选自al、mg、mn、cr、ti、zr中的两种、三种或更多种元素。

52、作为优选，经过al、mg、mn、cr、ti、zr中的两种、三种或更多种元素掺杂包覆处理的钴酸锂的中值粒径d50为10～17μm，比表面积bet为0.15～0.45m2/g。

53、作为优选，导电剂包括导电炭黑、乙炔黑、科琴黑、导电石墨、导电碳纤维、碳纳米管、金属粉、碳纤维中的至少一种。

54、作为优选，粘结剂包括聚偏氟乙烯(pvdf)、乙烯、丁苯橡胶(sbr)、羧甲基纤维素钠(cmc)、聚四氟乙烯、聚氧化乙烯中的至少一种。

55、本发明具体实施例中，正极活性物质层中的导电剂包括乙炔黑。

56、本发明具体实施例中，正极活性物质层中的粘结剂包括聚偏氟乙烯(pvdf)。

57、本发明具体实施例中，负极活性物质层中的导电剂包括导电炭黑和碳纳米管。

58、本发明具体实施例中，负极活性物质层中的粘结剂包括丁苯橡胶(sbr)和羧甲基纤维素钠(cmc)。

59、作为优选，锂离子电池为高电压锂离子电池。

60、作为优选，锂离子电池的充电截止电压在4.5v及以上。

61、与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：

62、(1)本发明中电解液通过添加剂之间的协同作用，有效提升电芯性能、安全性能，同时兼顾长循环、低膨胀性能，其中第一添加剂四乙烯基硅烷和第二添加剂联环类化合物联用，两种物质的添加量在一定的比例下能够在负极表面交联形成较厚且稳定的sei保护膜，以阻止电解液在负极表面被还原，从而降低副反应放热，改善因掺硅基负极引起的循环膨胀增大的问题，以提升电池的安全性能和长循环寿命。

63、进一步引入第三添加剂二氟草酸硼酸锂，三类物质联用可以在负极形成更具韧性的复合保护膜，加强提升了电芯的安全性能。

64、再进一步引入第四添加剂含氟取代的硼醚类化合物，四类物质联用可以在负极形成更具韧性的复合保护膜，加强提升了电芯的安全性能。

65、(2)本发明的非水电解液中还加入了适量的丙酸乙酯和更易解离的双三氟甲基磺酰亚胺锂，降低溶剂粘度，提升锂离子迁移数，大大提高电解液浸润性以及离子电导率，以改善由硅烷类化合物和联环类化合物联用产生阻抗较大的较厚的sei膜带来的低温劣势，从而提高电芯的低温性能。

66、(3)本发明通过电解液与负极材料的协同作用，使制备得到负极掺硅基材料的锂离子电池在有效提高电芯安全性能的同时，还能兼顾电芯的长循环和低温性能。