电解液及其应用和锂离子电池的制作方法

本发明涉及电解液，具体涉及一种电解液及其应用和锂离子电池。

背景技术：

1、硅基负极材料因其理论容量高、嵌锂电位低的优点在制备高能量密度锂离子电池方面受到广泛关注，是目前锂离子电池的研究热点。但是，硅基负极体系也有其自身的缺陷。

2、硅基负极材料在循环过程中存在严重的体积膨胀和收缩的问题。体积膨胀会造成负极材料产生裂纹，甚至粉化，严重破坏电极材料与集流体的接触性，使得活性材料从极片上脱离，从而导致硅基负极材料部分容量衰减，电池的倍率性能和循环稳定性变差，导电率和库伦效率降低。

3、在锂离子电池首次充放电过程中,电极材料与电解液在界面上发生反应，可形成一层覆盖于电极材料表面的钝化层，也即固体电解质界面膜(sei膜)。固体电解质界面膜能够束缚硅基负极材料，可避免硅基负极材料发生大幅度的体积膨胀。

4、固体电解质界面膜的形成与电解液，尤其是与电解液中的溶剂密切相关。以碳酸酯类有机溶剂为溶剂配置的电解液中，碳酸酯类有机溶剂在充放电过程中优先被还原，可形成含有烷基酯锂、乙烯等有机成分的固体电解质界面膜。但是，此类固体电解质界面膜疏松多孔，强度差，不足以对抗硅基负极材料的体积膨胀。醚类溶剂也是经常用到的电解质溶剂，但是其耐氧化性差，只能在lfp/硅基体系应用，不能用于三元材料体系(4.2v以上)，极大的限制了醚类电解液体系的应用。

5、美国马里兰大学王春生团队发表的文章“electrolyte design for lif-richsolid–electrolyte interfaces to enable high-performance microsized alloyanodes for batteries”，《nat energy》设计了一种lipf6-thf/mthf电解液，该电解液形成的sei膜可以对抗硅负极的体积膨胀，有助于提高锂离子电池的循环性能。但是该电解液以四氢呋喃和2-甲基四氢呋喃作为电解液溶剂，四氢呋喃和2-甲基四氢呋喃的沸点比较低，锂离子电池的高温循环性能以及安全性无法得到满足。

6、因此，亟待提供一种可以避免硅基负极材料发生体积膨胀，同时能够提高硅基负极材料系电池在常温和低温下的循环性能的电解液。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决硅基负极材料因存在严重的体积膨胀所导致的硅基负极材料系电池在常温和低温下循环性能差的问题，提供一种电解液及其应用和锂离子电池。

2、为了实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种电解液，其中，以硅氧烷和烷烃溶剂的总体积计，所述电解液包括：30-90v％的硅氧烷，10-70v％的烷烃溶剂和0.5-2mol/l的锂盐。

3、本发明的第二方面提供了一种含有本发明第一方面所述的电解液在高硅负极的锂离子电池中的应用。

4、本发明的第三方面提供了一种含有本发明第一方面所述的电解液的锂离子电池。

5、通过上述技术方案，本发明所取得的有益技术效果如下：

6、1)本发明中提供的电解液，硅氧烷和烷烃溶剂相互作用，可以形成交联的si-o-si网络结构，在循环过程中生成致密坚硬的sei膜，能够有效对抗硅基负极材料的体积膨胀，从而显著提高锂离子电池在常温和低温下的循环性能；

7、2)本发明中提供的电解液，可以提高li+溶剂化鞘中阴离子的比例，降低了去溶剂化能，可改善锂离子电池的低温性能；

8、3)本发明中提供的电解液中当含氟硅氧烷作溶剂时，si-f离子化键能低于si-o的离子化键能，所以含氟硅氧烷的活性较强，更易脱氟形成富含lif成分的sei；且烷烃与含氟硅氧烷相互作用，进一步阻止溶剂在负极上的还原性分解，使得到的sei层具有相对丰富的lif成分。lif含量多，一方面可防止电解质分解，能够限制过量sei的形成，另一方面可以提高sei膜的界面能和强度，防止合金负极粉化，从而有助于进一步改善锂离子电池的性能；

9、4)本发明中提供的锂离子电池电解液，具有配液简单和添加剂少的优点，适合工业化推广。

技术特征：

1.一种电解液，其特征在于，以硅氧烷和烷烃溶剂的总体积计，所述电解液包括：30-90v％的硅氧烷，10-70v％的烷烃溶剂和0.5-2mol/l的锂盐。

2.根据权利要求1所述的电解液，其中，以硅氧烷和烷烃溶剂的总体积计，所述电解液包括：30-70v％，优选为40-60v％的硅氧烷，30-70v％，优选为40-60v％的烷烃溶剂和1-1.5mol/l，优选为1.1-1.3mol/l的锂盐。

3.根据权利要求1或2所述的电解液，其中，所述硅氧烷具有式1所示的结构式：

4.根据权利要求3所述的电解液，其中，所述烷基为直链烷基或支链烷基，优选为直链烷基；

5.根据权利要求4所述的电解液，其中，所述烯基为直链烯基或支链烯基，优选为直链烯基；

6.根据权利要求1所述的电解液，其中，所述硅氧烷的结构式为式1-1至式1-8中的至少一种；

7.根据权利要求4-6所述的电解液，其中，所述硅氧烷为端基含三氟甲基或者氟原子与硅直接连接的含氟硅氧烷。

8.根据权利要求1所述的电解液，其中，所述烷烃溶剂选自c6-c10的直链烷烃、支链烷烃或环烷烃，优选选自己烷、庚烷、辛烷中的一种或多种，进一步优选选自环己烷、正己烷、正庚烷和正辛烷中的一种或多种。

9.权利要求1-8中任意一项所述的电解液在高硅负极的锂离子电池中的应用。

10.一种含有权利要求1-8中任意一项所述的电解液的锂离子电池；

技术总结
本发明涉及电解液技术领域，具体涉及一种电解液及其应用和锂离子电池。以硅氧烷和烷烃溶剂的总体积计，所述电解液包括：30‑90v％的硅氧烷，10‑70v％的烷烃溶剂和0.5‑2mol/L的锂盐。本发明中提供的电解液，特定含量的硅氧烷和烷烃溶剂相互作用，可以形成致密坚硬的SEI膜，能够有效对抗硅基负极材料的体积膨胀，从而显著提高锂离子电池常温循环性能和低温性能。

技术研发人员：刘丹宪,孙国宸,彭庆魁,田光耀,杨琪,俞会根
受保护的技术使用者：北京卫蓝新能源科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23