一种高浓度阻燃型电解液及在石墨负极中的应用制造技术

本发明专利技术提供一种高浓度阻燃型电解液及在石墨负极中的应用，涉及电化学技术领域。本发明专利技术的高浓度电解液包括电解质和有机溶剂；所述电解质为锂盐，有机溶剂为碳酸甲乙酯与磷酸酯或碳酸甲乙酯与亚磷酸酯的混合物。实验结果表明，使用所述高浓度阻燃型电解液，对石墨负极而言，可以稳定输出达～300mAh g

A High Concentration Flame Retardant Electrolyte and Its Application in Graphite Negative Electrode

The invention provides a high concentration flame retardant electrolyte and its application in graphite negative electrode, which relates to the field of electrochemical technology. The high concentration electrolyte comprises an electrolyte and an organic solvent, the electrolyte is lithium salt, and the organic solvent is a mixture of methyl ether carbonate and phosphate or methyl ether carbonate and phosphite. The experimental results show that the high concentration flame retardant electrolyte can stably output up to 300 mAh g for graphite negative electrode.

【技术实现步骤摘要】
一种高浓度阻燃型电解液及在石墨负极中的应用
本专利技术属于电化学
，具体涉及一种高浓度阻燃型电解液及在石墨负极中的应用。
技术介绍
通常而言，化学电池主要结构包括正极、电解液、负极。石墨负极材料已经广泛应用于锂离子电池中。它具有以下优点：(1)嵌锂理论容量较高——374mAhg-1，工作电势低平(2)锂离子插嵌过程中体积形变小(接近10％)，长时间工作结构依旧稳定(3)价格便宜，来源丰富。在使用石墨负极的锂离子电池里，碳酸乙烯酯(EC)由于能在石墨负极表面能形成高效的固态电解质膜(SEI膜)以保证锂离子在电解液/石墨界面正常的传输，而成为传统锂离子电解液中必不可少的组分。但是富含碳酸乙烯酯的传统锂离子电解液易燃，有安全隐患。可以通过引入阻燃剂来解决这个问题，可是阻燃剂与石墨负极相容性较差，所以一般能与石墨负极匹配的电解液中阻燃剂的用量受到限制，不能充分发挥其阻燃性能。为了兼顾锂离子电池中电解液的阻燃性和石墨负极的相容性，需要转变思路，从改变锂离子电池中常规的电解液浓度(一般情况下1mol/L)入手。通过提高电解液浓度来调整电解液中锂离子的溶剂化状态，从而改善与石墨负极的相容性。而高浓度电解液还具有其它优点，比如氧化稳定性增强，可以抑制对正极集流体铝的腐蚀；溶液的蒸气压和热力学稳定性增强。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高浓度阻燃型电解液及在石墨负极中的应用，将本专利技术所提供的电解液运用到锂/石墨的半电池中，对商用石墨负极材料而言，可以稳定释放较高的比容量(～300mAhg-1)，显示出对石墨很好的相容性；添加的阻燃剂能增强使用此类电解液的电池安全性，并且摆脱了对碳酸乙烯酯基-电解液的过度依赖。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案具体如下：本专利技术首先提供一种高浓度阻燃型电解液，该电解液包括电解质和有机溶剂；所述电解质为锂盐，所述锂盐在所述有机溶剂中的摩尔浓度为2mol/L～饱和浓度；所述有机溶剂为碳酸甲乙酯与磷酸酯或碳酸甲乙酯(EMC)与亚磷酸酯的混合物。优选的是，所述的碳酸甲乙酯占所述有机溶剂的体积百分比为40％～99.9％，磷酸酯或亚磷酸酯占所述有机溶剂的体积百分比为0.1％～60％。优选的是，所述的碳酸甲乙酯占所述有机溶剂的体积百分比为60％～80％，磷酸酯或亚磷酸酯占所述有机溶剂的体积百分比为20％～40％。优选的是，所述磷酸酯为磷酸三甲酯(TMP)或磷酸三乙酯(TEP)，所述亚磷酸酯为亚磷酸三甲酯(TMPI)。优选的是，所述锂盐为六氟磷酸锂(LiPF6)。优选的是，所述锂盐在所述有机溶剂中的摩尔浓度为2.5mol/L～3.5mol/L。本专利技术还提供一种高浓度阻燃型电解液及在石墨负极中的应用。优选的是，将石墨与锂片、上述电解液、隔膜组成锂/石墨半电池。优选的是，所述隔膜的材料为玻璃纤维。本专利技术的有益效果是本专利技术提供了一种高浓度阻燃型电解液，所述高浓度阻燃型电解液包括电解质和有机溶剂；所述有机溶剂包括EMC与磷酸酯或EMC与亚磷酸酯的混合物。与现有技术相比，本专利技术提供的高浓度阻燃型电解液，其中溶液中高浓度的LiPF6能促使锂离子在溶剂里面的溶剂化状态发生改变，从而不完全需要EC分解形成的固态电解质膜(SEI膜)也可使锂离子在电解液/石墨正常可逆地传输，最终实现石墨负极的高比容量；可以释放较高的可逆容量(～300mAhg-1)，碳酸甲乙酯粘度、熔点低，可溶解较多的六氟磷酸锂，保障了高浓度这一前提；TMP,TEP,TMPI是三种常用的电解液阻燃添加剂，物化性质稳定，它们相互搭配混合，相互协同，在维持以石墨负极的容量性能情况下同时延缓电解液的易燃性，阻燃效果明显，保障电池安全。附图说明图1为对比例2制备电池的前两圈容量与电池电压的关系曲线图；图2为对比例3制备电池的前两圈容量与电池电压的关系曲线图；图3为本专利技术实施例1制备电池的前两圈容量与电池电压的关系曲线图；图4为本专利技术实施例2制备电池的前两圈容量与电池电压的关系曲线图；图5为对比例1制备电池的充电容量与循环次数的关系图；图6为本专利技术实施例2制备电池的充电容量与循环次数的关系图；图7为本专利技术实施例3制备电池的充电容量与循环次数的关系图；图8为本专利技术实施例4制备电池的充电容量与循环次数的关系图；图9为本专利技术实施例5制备电池的充电容量与循环次数的关系图；图10为本专利技术实施例6制备电池的充电容量与循环次数的关系图；图11为本专利技术实施例7制备电池的充电容量与循环次数的关系图；图12为对比例1，3和本专利技术实施例2中电解液的燃烧时间柱状图。具体实施方式下面将结合专利技术实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所有实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。本专利技术所有原料，对其纯度没有特别限制，本专利技术优先采用分析纯。本专利技术提供了一种高浓度阻燃型电解液，所述电解液包括电解质和有机溶剂。所述有机溶剂优选包括碳酸甲乙酯(EMC)与磷酸酯或碳酸甲乙酯(EMC)与亚磷酸酯的混合物；所述电解质为锂盐，具体优选为六氟磷酸锂，所述锂盐在所述有机溶剂中的摩尔浓度为2mol/L～饱和浓度，优选为2.5mol/L～饱和浓度，更优选为2.5mol/L～3.5mol/L；本专利技术采用锂盐作为电解质，特别是六氟磷酸锂，其在上述有机溶液中溶解度高、解离度高、阴离子半径小，确保了高浓度溶解且改变溶剂对Li+的状态。所述有机溶剂为碳酸甲乙酯与磷酸酯或碳酸甲乙酯(EMC)与亚磷酸酯的混合物；所述磷酸酯优选为磷酸三甲酯(TMP)或磷酸三乙酯(TEP)；所述亚磷酸酯优选为亚磷酸三甲酯(TMPI)。本专利技术对所述有机溶剂中，所述磷酸酯和亚磷酸酯的比例没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际情况、产品性能以及质量要求进行调整，本专利技术所述磷酸酯或亚磷酸酯所占有机溶剂的体积百分比优选为0.1％～60％，更优选为0.1％～50％，最优选为20％～40％；本专利技术对所述有机溶剂中，所述碳酸甲乙酯(EMC)的比例没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际情况、产品性能以及质量要求进行调整，本专利技术所述碳酸甲乙酯(EMC)所占有机溶剂的体积百分比优选为40％～99.9％，更优选为50％～99.9％，最优选为60％～80％。本专利技术对所述石墨没有特别限制，以本领域技术人员熟知的石墨即可。本专利技术对所述正极及正极材料没有其他特殊限制，本领域可以根据实际情况、产品性能以及质量要求进行选择和调整，本专利技术优选为可与锂离子发生可逆电化学反应的材料。本专利技术对所述隔膜的材料没有特殊限制，本领域可以根据实际情况、产品性能以及质量要求进行选择和调整，本专利技术优选为玻璃纤维。本专利技术对所述电池的制备方法没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的制备电池的方法即可。具体步骤优选为：在手套箱配置上述高浓度阻燃型电解液，将Li片、石墨负极、隔膜和所述高浓度阻燃型电解液组装成电池。对本专利技术提供的电池进行充放电测试，来表征石墨负极容量和循环性能。电流密度：50mAg-1，电压范围：1.5V～0.02V，测试温度25℃。实验表明，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高浓度阻燃型电解液，其特征在于，该电解液包括电解质和有机溶剂；所述电解质为锂盐，所述锂盐在所述有机溶剂中的摩尔浓度为2mol/L～饱和浓度；所述有机溶剂为碳酸甲乙酯与磷酸酯或碳酸甲乙酯与亚磷酸酯的混合物。

【技术特征摘要】
1.一种高浓度阻燃型电解液，其特征在于，该电解液包括电解质和有机溶剂；所述电解质为锂盐，所述锂盐在所述有机溶剂中的摩尔浓度为2mol/L～饱和浓度；所述有机溶剂为碳酸甲乙酯与磷酸酯或碳酸甲乙酯与亚磷酸酯的混合物。2.根据权利要求1所述的一种高浓度阻燃型电解液，其特征在于，所述的碳酸甲乙酯占所述有机溶剂的体积百分比为40％～99.9％，磷酸酯或亚磷酸酯占所述有机溶剂的体积百分比为0.1％～60％。3.根据权利要求1所述的一种高浓度阻燃型电解液，其特征在于，所述的碳酸甲乙酯占所述有机溶剂的体积百分比为60％～80％，磷酸酯或亚磷酸酯占所述有机溶剂的体积百分比为20％～40％。4.根据权利要求1所述的一种高浓度阻...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宏宇，张磊，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22