本發明屬于鋰離子電解液領域，涉及一種電解液添加劑，具體涉及一種用于硅鋰離子電池的電解液添加劑及其應用。

背景技術：

鋰離子電池已廣泛應用于手機、數碼相機和筆記本電腦等便攜式電子設備，更有望成為近年來興起的電動車和混合動力車的能源，具有重要的商業價值。目前商品化鋰離子電池的正極材料以氧化物正極材料如licoo2、limn2o4和lifepo4等為主；負極材料是石墨以及以石墨為前軀體的各種碳材料。雖然碳材料具有良好的可逆充放電性能，但是其理論容量低(372mah/g)，高倍率充放電性能差；并且當電池過充電時，碳材料表面易形成鋰枝晶，引起短路，產生安全隱患。

由于碳材料已經很難滿足當今電子信息、能源技術飛速發展的需要，因此開發新型且可靠的高容量鋰離子電池負極材料成為高性能鋰離子電池發展的技術瓶頸。硅可作為鋰離子電池的負極材料，并且以其高的質量比容量(4200mah/g)和材料豐富、價格低廉等優點越來越受到重視。但是硅負極材料在嵌脫鋰過程中產生巨大的體積變化，導致電極容量衰減快，循環性能差，難以商業化。納米尺度的硅材料可望解決這一問題。近年來，許多硅納米材料已被合成，并且有效地提高了硅基負極材料的電化學性能。

在電池充電化成過程中，會有電解液分解并在負極表面形成一層電子絕緣的固態電解質界面(sei)膜。在電池的后續使用過程中，由于各種可能的因素，這層sei膜會持續生長，導致負極導電性變差。其它方面的一些原因也會導致電池內阻變大。極化和電池內阻變大的結果，使電池的循環性能下降。

技術實現要素：

本發明目的是為了克服現有技術的不足而提供一種用于硅鋰離子電池的電解液添加劑。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：一種用于硅鋰離子電池的電解液添加劑，它的化學結構通式為：

式中，r1為h或甲基，r2和r3相互獨立地為c1～c6烷基或烷氧基。

優化地，r1為h。

進一步地，r2和r3相互獨立地為c1～c6烷基。

進一步地，r2和r3均為甲基。

本發明的又一目的在于提供一種上述用于硅鋰離子電池的電解液添加劑的應用，將所述電解液添加劑加入電解液中即可，所述電解液添加劑在所述電解液中的體積百分比為1～20％，所述電解液包括鋰鹽和有機溶劑。

優化地，所述鋰鹽為lipf6，所述有機溶劑為碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯和碳酸甲基乙基酯(即碳酸甲乙酯)按體積比1:1:1組成的混合溶劑。

由于上述技術方案運用，本發明與現有技術相比具有下列優點：本發明用于硅鋰離子電池的電解液添加劑，通過采用特定結構的電解液添加劑，從而與硅負極相適配而在其表面形成穩定的sei膜，抑制sei的持續生長，抑制在循環過程中由于硅負極體積效應引起的材料破裂和脫落引起的容量損失，提高長期循環性能和倍率性能。

附圖說明

圖1為實施例1、2和對比例1中制得的電池長期循環性能對比圖；

圖2為實施例1、2和對比例1中制得的電池倍率性能對比圖；

圖3為實施例1、2和對比例1中制得的電池倍率后阻抗測試對比圖；

圖4為實驗例1中電極經倍率循環后的sem圖。

具體實施方式

下面將結合附圖實施例對本發明進行進一步說明。

實施例1

本實施例提供一種用于硅鋰離子電池的電解液添加劑及其應用，具體為：

(a)取高純無水碳酸乙烯酯10ml、加入碳酸二乙酯10ml和碳酸甲乙酯10ml混合后，向其中加入0.3ml的n-n二甲基丙烯酰胺(dmaa)，混合均勻，溶入4.60glipf6作為支持電解質，在高純氬氣保護下攪拌均勻后，得到1mlipf6/ec/dec/emc(1:1:1)+dmaa1％的電解液體系，氬氣氣氛下封裝保存；

(b)在惰性氣體手套箱中，以鋰片和硅負極作為對電極用上述的電解液組裝成2032扣式電池，將組裝的電池封口，靜置10h。將靜置好的電池在充放電測試儀上恒電流測試電化學性能，經測試后的電極sem圖如圖4所示。硅負極是以平均粒徑100nm納米硅粉(深圳科晶智達)、乙炔黑和海藻酸鈉按質量比70：15：15混合，水為分散劑充分攪拌涂膜，干燥后輥壓，然后切片，并在120℃下真空干燥制得的。

實施例2

本實施例提供一種用于硅鋰離子電池的電解液添加劑及其應用，其制備過程與實施例1中的基本一致，不同的是n-n二甲基丙烯酰胺的添加量為0.75ml。

實施例3

本實施例提供一種用于硅鋰離子電池的電解液添加劑及其應用，其制備過程與實施例1中的基本一致，不同的是n-n二甲基丙烯酰胺的添加量為1.5ml。

實施例4

本實施例提供一種用于硅鋰離子電池的電解液添加劑及其應用，其制備過程與實施例1中的基本一致，不同的是n-n二甲基丙烯酰胺的添加量為3ml。

實施例5

本實施例提供一種用于硅鋰離子電池的電解液添加劑及其應用，其制備過程與實施例1中的基本一致，不同的是n-n二甲基丙烯酰胺的添加量為6ml。

對比例1

本實施例提供一種用于硅鋰離子電池的電解液添加劑及其應用，其制備過程與實施例1中的基本一致，不同的是未添加n-n二甲基丙烯酰胺。

將實施例1-5中制得的電解液添加劑組裝成電池進行對比測試，其結果如表1所示，部分測試結果見圖1至圖3。

表1實施例1-5、對比例1中不同添加劑量電池電化學性能表

上述結果可以看出，在室溫條件下(25℃)，與未添加dmaa的電池500循環后61.72％的容量保持率相比，添加量為1％和2.5％的容量保持率和倍率性能均有提高，說明dmaa可以顯著提高硅負極材料在的長期循環性能。

上述實施例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發明的內容并據以實施，并不能以此限制本發明的保護范圍，凡根據本發明精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。

技術特征：

技術總結
本發明涉及一種用于硅鋰離子電池的電解液添加劑及其應用，它的化學結構通式為：（1）；式中，R1為H或甲基，R2和R3相互獨立地為C1～C6烷基或烷氧基。通過采用特定結構的電解液添加劑，從而有利于在硅負極電極表面形成穩定的SEI膜，抑制SEI的持續生長，抑制在循環過程中由于硅負極體積效應引起的材料破裂和脫落引起的容量損失，提高長期循環性能和倍率性能。

技術研發人員：朱國斌;曲群婷;鄭洪河
受保護的技術使用者：蘇州大學
技術研發日：2017.05.23
技術公布日：2017.09.29