电解液及电化学电池制造技术

本发明专利技术提供一种电解液，包括电解质盐、第一溶剂以及第二溶剂，所述第一溶剂能够溶解所述电解质盐且能够使所述电解质盐的阳离子和阴离子中的至少一种溶剂化形成溶剂化离子，所述第一溶剂与所述溶剂化离子的理论最大配位数为N，所述第一溶剂与所述溶剂化离子的摩尔比小于或等于N:1；所述第二溶剂能够与所述第一溶剂互溶，且在所述电解液的使用条件下对于所述电解质盐的溶解度小于0.01g。本发明专利技术还提供一种电化学电池。

Electrolyte and electrochemical cell

The invention provides an electrolyte, including electrolyte salt, first solvent and the second solvent, the first solvent capable of dissolving the electrolyte salt and at least one solvent can make the electrolyte salt cation and anion in the formation of ion solvation theory, the maximum coordination number of the first solvent and the solvent ion is N, the molar ratio of the first solvent and the solvation of ions is less than or equal to N:1; the second solvent can be miscible with the first solvent, and the solubility of the electrolyte salt is less than 0.01g in the electrolyte conditions of use. The present invention also provides an electrochemical cell.

【技术实现步骤摘要】
电解液及电化学电池
本专利技术涉及电池领域，特别涉及电解液以及应用电解液的电化学电池，尤其是锂离子电池。
技术介绍
随着便携式电子产品的快速发展和普遍化，电化学电池，尤其是锂离子电池的市场需求与日俱增。与传统二次电池相比，锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、无记忆效应和环境污染小等优点。作为锂离子电池的重要组成部分，电解液对于锂离子电池的电化学性能具有至关重要的影响。电解液包括溶剂以及溶解在溶剂中的电解质盐。一种合适的电解液需要满足在电池的工作电压范围能够稳定存在，通常将电解液电化学稳定的电压范围称为电化学窗口。为了与高电压正极材料配合，研究者不断研究拓宽电解液电化学窗口的方法。然而另一方面，电解液还需要具有较高的离子电导率及较低的粘度。
技术实现思路
基于此，为使电解液同时具有较宽的电化学窗口及较高的离子电导率，有必要提供一种新型电解液及应用该电解液的电化学电池。一种电解液，包括：电解质盐；第一溶剂，所述第一溶剂能够溶解所述电解质盐且能够使所述电解质盐的阳离子和阴离子中的至少一种溶剂化形成溶剂化离子，所述第一溶剂与所述溶剂化离子的理论最大配位数为N，所述第一溶剂与所述溶剂化离子的摩尔比小于或等于N:1；以及第二溶剂，所述第二溶剂能够与所述第一溶剂互溶，且在所述电解液的使用条件下对于所述电解质盐的溶解度小于0.01g。在其中的一实施例中，所述电解质盐在所述电解液中的浓度小于或等于2mol/L。在其中的一实施例中，所述第二溶剂与所述第一溶剂的体积比大于或等于1:1。在其中的一实施例中，所述第二溶剂在电池工作的电化学窗口内稳定。在其中的一实施例中，所述第二溶剂为非水有机溶剂。一种电解液，包括：锂盐；第一溶剂，所述第一溶剂能够溶解所述锂盐且能够使锂离子溶剂化，所述第一溶剂与所述锂离子的理论最大配位数为N，所述第一溶剂与所述锂离子的摩尔比小于或等于N:1；以及第二溶剂，所述第二溶剂能够与所述第一溶剂互溶，且在所述锂盐的使用条件下对于所述锂盐的溶解度小于0.01g。在其中的一实施例中，所述第一溶剂与所述锂离子的摩尔比小于或等于4:1。在其中的一实施例中，所述第一溶剂与锂离子的摩尔比为1:1至4:1。在其中的一实施例中，所述锂盐为LiPF6，所述第一溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸丁烯酯、γ-丁内酯、γ-戊内酯、碳酸二丙酯、亚硫酸二甲酯、碳酸亚乙烯酯、一氟代碳酸乙烯酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丁酸甲酯、丙酸乙酯及丙酸甲酯、1,3-二氧戊环、二甲醚、三乙二醇单甲醚、二甲基亚砜、环丁砜及四氢呋喃中的一种或几种的组合；所述第二溶剂选自多氟取代的环状碳酸酯、多氟取代链状碳酸酯、多氟取代环状醚类、多氟取代链状醚类、多氟取代砜类、寡聚磷腈或其衍生物及含乙氧基支链的支化大分子中的一种或多种，所述多氟取代指以3个以上的氟原子取代氢原子。在其中的一实施例中，所述锂盐为LiTFSI或LiFSI中的至少一种，所述第一溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、乙腈、四氢呋喃、二甲基亚砜、γ-丁内酯、环丁砜、甲氧基丙腈及乙酸甲酯中的一种或几种的组合；所述第二溶剂选自多氟取代环状碳酸酯、多氟取代链状碳酸酯、多氟取代环状醚类、多氟取代链状醚类、多氟取代砜类、寡聚磷腈或其衍生物及寡聚双马来酰胺-巴比妥酸或其衍生物中的至少一种。在其中的一实施例中，所述寡聚磷腈或其衍生物选自氟代三聚磷腈、全氟代甲醇三聚磷腈及全氟代乙醇三聚磷腈中的一种或多种。在其中的一实施例中，所述第二溶剂为六氟异丙基甲基醚。在其中的一实施例中，所述锂盐在所述电解液中的浓度小于或等于2mol/L。在其中的一实施例中，所述第二溶剂与所述第一溶剂的体积比大于或等于1:1。在其中的一实施例中，所述第二溶剂在电池工作的电化学窗口内稳定。在其中的一实施例中，所述电解液在电池工作条件下的粘度小于或等于200mPa·s，离子电导率大于或等于10-4Scm-1，使用所述电解液的电池能够实现可逆充放电。一种电解液，包括：电解质盐；第一溶剂，所述第一溶剂能够溶解所述电解质盐，所述第一溶剂全部用于与所述电解质盐的阳离子和阴离子中的至少一种配位；以及第二溶剂，所述第二溶剂能够与所述第一溶剂互溶，且在所述电解液的使用条件下对于所述电解质盐的溶解度小于0.01g。一种电解液，包括：锂盐；第一溶剂，所述第一溶剂能够溶解所述锂盐，所述第一溶剂全部用于与所述锂盐的锂离子配位；以及第二溶剂，所述第二溶剂能够与所述第一溶剂互溶，且在所述锂盐的使用条件下对于所述锂盐的溶解度小于0.01g。一种具有所述的电解液的电化学电池。本专利技术通过消除第一溶剂中的自由溶剂，同时用与电解质盐基本不溶的第二溶剂作为自由溶剂使电解液的表观浓度降低，可以使电解液同时具有高抗氧化能力与高离子电导率。同时无需使用大量锂盐，也能获得高浓度电解液的高抗氧化能力，降低了电解液的成本。附图说明图1为本专利技术实施例1、对比例1-2的电解液的LSV测试曲线；图2为对比例1-2的电解液的CV测试曲线；图3为本专利技术实施例1与对比例2的电解液的CV测试曲线；图4为本专利技术实施例1与对比例1的电解液的CV测试曲线；图5本专利技术实施例1与对比例1-3的电解液在Li-LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2电池中的首次充放电曲线；图6本专利技术实施例1与对比例1、3的电解液在Li-LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2电池中的循环性能与库伦效率曲线；图7本专利技术实施例1与对比例1、3的电解液在MCMB-LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2电池中的循环性能与库伦效率曲线；图8本专利技术实施例1与对比例1、3的电解液在石墨-Li电池中的倍率测试性能曲线。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术实施例提供一种电解液，包括电解质盐、第一溶剂及第二溶剂。所述第一溶剂需要满足以下条件：能够溶解所述电解质盐且能够使所述电解质盐的阳离子和阴离子中的至少一种溶剂化形成溶剂化离子，所述第一溶剂与所述溶剂化离子的理论最大配位数为N，所述第一溶剂与所述溶剂化离子的摩尔比小于或等于N:1。所述第二溶剂需要满足以下条件：能够与所述第一溶剂互溶，且在所述电解液的使用条件下对于所述电解质盐的溶解度小于0.01g。溶解度是指每100g溶剂(即第二溶剂)中能溶解的溶质(即电解质盐)的质量。所述使用条件包括使用时的温度和压力，具体可以是电池工作的温度和压力，例如温度为0℃至50℃范围内一个大气压下，更优选为常温常压下。电解质盐溶解时，溶剂分子与电解质盐的阳离子和/或阴离子发生配位，而使这些离子溶剂化(Solvation)。本专利技术中“溶剂化离子”指电解质盐中与第一溶剂产生溶剂化的离子，可以是阳离子和阴离子中的至少一种，“溶剂化溶剂”(solvationsolvent)指与电解质盐的离子发生配位，参与离子溶剂化的溶剂，“自由溶剂”(freesolvent)是未与电解质盐的离子形成配位，即未参与离子溶剂化的溶剂。通过使所述第一溶剂与所述溶剂化离子的摩尔比小于或等于N:1，可以使所述第一溶剂全部用于与所述电解质盐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电解液，其特征在于，包括：电解质盐；第一溶剂，所述第一溶剂能够溶解所述电解质盐且能够使所述电解质盐的阳离子和阴离子中的至少一种溶剂化形成溶剂化离子，所述第一溶剂与所述溶剂化离子的理论最大配位数为N，所述第一溶剂与所述溶剂化离子的摩尔比小于或等于N:1；以及第二溶剂，所述第二溶剂能够与所述第一溶剂互溶，且在所述电解液的使用条件下对于所述电解质盐的溶解度小于0.01g。

【技术特征摘要】
1.一种电解液，其特征在于，包括：电解质盐；第一溶剂，所述第一溶剂能够溶解所述电解质盐且能够使所述电解质盐的阳离子和阴离子中的至少一种溶剂化形成溶剂化离子，所述第一溶剂与所述溶剂化离子的理论最大配位数为N，所述第一溶剂与所述溶剂化离子的摩尔比小于或等于N:1；以及第二溶剂，所述第二溶剂能够与所述第一溶剂互溶，且在所述电解液的使用条件下对于所述电解质盐的溶解度小于0.01g。2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述电解质盐在所述电解液中的浓度小于或等于2mol/L。3.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述第二溶剂与所述第一溶剂的体积比大于或等于1:1。4.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述第二溶剂在电池工作的电化学窗口内稳定。5.一种电解液，其特征在于，包括：锂盐；第一溶剂，所述第一溶剂能够溶解所述锂盐且能够使锂离子溶剂化，所述第一溶剂与所述锂离子的理论最大配位数为N，所述第一溶剂与所述锂离子的摩尔比小于或等于N:1；以及第二溶剂，所述第二溶剂能够与所述第一溶剂互溶，且在所述锂盐的使用条件下对于所述锂盐的溶解度小于0.01g。6.根据权利要求5所述的电解液，其特征在于，所述第一溶剂与所述锂离子的摩尔比小于或等于4:1。7.根据权利要求5所述的电解液，其特征在于，所述第一溶剂与锂离子的摩尔比为1:1至4:1。8.根据权利要求5所述的电解液，其特征在于，所述锂盐为LiPF6，所述第一溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸丁烯酯、γ-丁内酯、γ-戊内酯、碳酸二丙酯、亚硫酸二甲酯、碳酸亚乙烯酯、一氟代碳酸乙烯酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丁酸甲酯、丙酸乙酯及丙酸甲酯、1,3-二氧戊环、二甲醚、三乙二醇单甲醚、二甲基亚砜、环丁砜及四氢呋喃中的一种或几种的组合；所述第二溶剂选自多氟取代的环状碳酸酯、多氟取代链状碳酸酯、多氟取代环状醚类、多氟取代链状醚类、多氟取代砜类、寡聚磷腈或其衍生物及含乙氧基支链的支化大分子中的一种或多种，所述多氟取代指以3个以上的氟原子取代氢原子。...

【专利技术属性】
技术研发人员：何向明，王莉，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11