一种全氟溶剂高电压电解液及其在锂离子电池中的应用制造技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种全氟溶剂高电压电解液及其在锂离子电池中的应用。本发明专利技术电解液包括含氟锂盐、溶剂和稀释剂，所述溶剂为氟代环状碳酸酯和氟代链状碳酸酯，所述稀释剂为氟代烷基醚。本发明专利技术电解液中的共溶剂氟代链状碳酸酯具有和氟代烷基醚相似的耐高电压能力，但是溶解锂盐能力介于氟代环状碳酸酯和氟代烷基醚之间，可以减少氟代烷基醚的使用量，避免分相的发生，提高电解液体系的稳定性，也可以减少氟代环状碳酸酯的用量，降低黏度，提高电解液整体的离子电导率。本发明专利技术电解液不包含任何碳酸酯溶剂，具有本征的黏度低、可燃性低、耐高电压的特点。耐高电压的特点。耐高电压的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种全氟溶剂高电压电解液及其在锂离子电池中的应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种全氟溶剂高电压电解液及其在锂离子电池中的应用。

技术介绍

[0002]能量密度和安全性均是锂离子电池的主要性能指标，采用高电压正极材料可以提高电池的能量密度。目前，一些高电压正极的充电工作电压可达4.8V以上，例如LiCoPO4、LiNiPO4、LiNi
0.5
Mn
1.5
O4等，但是现有商业电池的碳酸酯基电解液的电化学窗口往往较窄，在4.3V以上就难以稳定，并不能匹配这些高电压正极。因此，开发高电压稳定的电解液体系至关重要。
[0003]高电压体系电解液需要满足以下两个条件：(1)电解液中溶剂在高电压下的化学稳定性；(2)电解液体系与电极之间的电化学稳定性；(3)隔膜和电极的浸润性。氟化溶剂是一种提高溶剂本身氧化稳定性的方式。当氟原子替代氢原子后，具有强电负性的氟原子会使溶剂分子的最高占据分子轨道(HOMO)和最低未占空轨道(LUMO)能级降低，也就是同时提高了溶剂的氧化电位和还原电位，从而有助于提高氧化稳定性和对负极的成膜效应。此外，氟代溶剂中的碳氟键比碳氢键键能更强，具有更高的热稳定性，同时具有更低的氢原子含量，可燃性更低，有助于构筑高安全性高电压电解液。其中氟代碳酸乙烯酯是一种环状碳酸酯，具有高的介电常数，也是一种常见的高电压氟化添加剂，氟代碳酸乙烯酯可以先氧化分解形成氟化界面保护层，抑制高电压下电极材料与电解液的副反应，但是过多的用量会导致电解液黏度增加，离子电导率降低，循环稳定性差。
[0004]氟代烷基醚因为本身低的介电常数和耐氧化能力强的特点，常作为稀释剂添加在高电压电解液中。但是氟代烷基醚溶解锂盐能力差，添加量过多，容易导致体系分相，稳定性差，并不能有效提高离子电导率。此外，相关溶剂还具有好的隔膜和电极浸润性。更重要的是正极侧的副反应是锂离子电池热失控的主要因素。因此，高电压电解液电池对安全性有更高的要求。

技术实现思路

[0005]针对上述
技术介绍
的不足，本专利技术提供了一种全氟溶剂的高电压电解液，该电解液可用于安全性高的锂离子电池体系。通过在氟代环状碳酸酯中添加共溶剂氟化链状碳酸酯和稀释剂氟代烷基醚以降低黏度，提高耐氧化性能，特别地，氟化链状碳酸酯的添加还可以有效提高全氟溶剂电解液体系的稳定性。同时，电解液为全氟溶剂构筑，可燃性低，安全性更高。本专利技术的详细技术方法如下所述。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种全氟溶剂电解液，包括含氟锂盐、溶剂和稀释剂，所述溶剂为氟代环状碳酸酯和氟代链状碳酸酯，所述稀释剂为氟代烷基醚。
[0007]作为优选，所述氟代链状碳酸酯的结构式如式(1)所示：
[0008][0009]其中，R1和R2为氟代烷基。
[0010]作为优选，所述氟代链状碳酸酯包括甲基(2,2,2
‑
三氟乙基)碳酸酯、乙基(2,2,2
‑
三氟乙基)碳酸酯和丙基(2,2,2
‑
三氟乙基)碳酸酯中的至少一种。
[0011]作为优选，所述氟代环状碳酸酯的结构式如式(2)所示：
[0012][0013][0014]其中，R3为氟代烷基或氟原子，R4为氟代烷基、氟原子或氢原子。
[0015]作为优选，所述氟代环状碳酸酯为4
‑
氟
‑
1,3
‑
二氧戊环
‑2‑
酮和4
‑
三氟甲基
‑
1,3
‑
二氧杂环戊烷
‑2‑
酮中的至少一种。
[0016]作为优选，所述氟代链状碳酸酯与所述氟代环状碳酸酯的摩尔比为(1
‑
4)：1。
[0017]作为优选，所述氟代烷基醚的分子式为C
m
H
n
OF
z
，式中2≤m≤10，n≥0，z≥8，m、n和z均为整数，具体结构式为R5‑
O
‑
R6，R5和R6均为氟代烷基；
[0018]优选的，所述氟代烷基醚为1,1,2,2
‑
四氟乙基
‑
2,2,3,3
‑
四氟丙基醚和2,2,2
‑
三氟乙基
‑
1,1,2,3,3,3
‑
六氟丙基醚中的至少一种。
[0019]作为优选，所述含氟锂盐包括六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、二氟草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂和双三氟甲烷磺酰亚胺锂中的至少一种，优选为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、二氟草酸硼酸锂和双氟磺酰亚胺锂中的至少一种。
[0020]作为优选，所述含氟锂盐在电解液中的摩尔浓度为0.5
‑
3mol/L，优选的，所述氟代环状碳酸酯、所述氟代链状碳酸酯和所述氟代烷基醚的质量之比为(10
‑
40)：(40
‑
80)：(10
‑
30)。
[0021]按照本专利技术的另一方面，提供了一种上述的电解液在锂离子电池中的应用。
[0022]本专利技术的有益效果有：
[0023](1)本专利技术所述的电解液的溶剂包括氟代环状碳酸酯、氟代烷基醚和氟代链状碳酸酯，不包含任何碳酸酯溶剂，具有本征的黏度低、可燃性低、耐高电压的特点。
[0024](2)本专利技术所述的电解液中的共溶剂氟代链状碳酸酯具有和氟代烷基醚相似的耐高电压能力，但是溶解锂盐能力介于氟代环状碳酸酯和氟代烷基醚之间，可以减少氟代烷基醚的使用量，避免分相的发生，提高电解液体系的稳定性，也可以减少氟代环状碳酸酯的用量，降低黏度，提高电解液整体稳定性。
[0025](3)本专利技术所述的电解液中的氟代烷基醚必不可少，其本身含氟量高，抗氧化能力强，有利于电解液体系高电压下的稳定。此外，其溶解锂盐能力很差，不会参与到溶剂化结
构中，可以抑制锂盐的氧化分解以及集流体的腐蚀的作用。
附图说明
[0026]图1是实施例1与对比实施例1、2在铌酸钛为负极，商业高电压钴酸锂正极组装的扣式全电池测试的循环性能图。
[0027]图2是实施例1和对比实施例3、4在锂金属为负极，涂炭铝箔为正极组装的扣式电池的线性扫描伏安测试图。
具体实施方式
[0028]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。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0029]实施例1
[0030]一种锂离子电池用高电压电解液，锂盐为LiPF6，溶剂为氟代碳酸乙烯酯和甲基(2,2,2
‑
三氟乙基)碳酸酯，稀释剂为1,1,2,2
‑
四氟乙基
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全氟溶剂电解液，其特征在于，包括含氟锂盐、溶剂和稀释剂，所述溶剂为氟代环状碳酸酯和氟代链状碳酸酯，所述稀释剂为氟代烷基醚。2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述氟代链状碳酸酯的结构式如式(1)所示：其中，R1和R2为氟代烷基。3.根据权利要求2所述的电解液，其特征在于，所述氟代链状碳酸酯包括甲基(2,2,2
‑
三氟乙基)碳酸酯、乙基(2,2,2
‑
三氟乙基)碳酸酯和丙基(2,2,2
‑
三氟乙基)碳酸酯中的至少一种。4.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述氟代环状碳酸酯的结构式如式(2)所示：其中，R3为氟代烷基或氟原子，R4为氟代烷基、氟原子或氢原子。5.根据权利要求4所述的电解液，其特征在于，所述氟代环状碳酸酯为4
‑
氟
‑
1,3
‑
二氧戊环
‑2‑
酮和4
‑
三氟甲基
‑
1,3
‑
二氧杂环戊烷
‑2‑
酮中的至少一种。6.根据权利要求2或4所述的电解液，其特征在于，所述氟代链状碳酸酯与所述氟代环状碳酸酯的摩尔比为(1
‑
4)：1。7.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述氟代烷基醚的分子式为C
...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙永明，刘世宇，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：