一种锂电池非燃电解液及其应用制造技术

本发明专利技术提供了一种锂电池非燃电解液，包括有机溶剂、锂盐和添加剂，所述有机溶剂包括溶剂A和溶剂B，所述溶剂A为与锂离子具有较强配位能力的磷酸酯类溶剂，所述溶剂B为与锂离子具有较弱配位能力的共溶剂，所述添加剂为成膜添加剂，通过在高配位数的磷酸酯类溶剂中引入低配位数溶剂，使得锂离子的第一溶剂化壳层中出现配位个数不满的情况，从而将阴离子引入锂离子的溶剂化结构中，形成富阴离子的离子

【技术实现步骤摘要】
一种锂电池非燃电解液及其应用


[0001]本专利技术涉及一种锂电池电解液，具体涉及一种锂电池非燃电解液及其应用。

技术介绍

[0002]锂电池是当前最先进的一类化学电源技术，具有工作电压高、能量密度和功率密度高、循环寿命长等突出优点，目前已经占据了便携式电子产品电源和电动汽车电源的主要市场，并逐渐向电力储能领域渗透。
[0003]锂电池本征安全性差主要源于商用碳酸酯电解液闪点和沸点较低，易燃易爆，安全性能极差，加之为了追求高能量密度，电池均采用高容量电极材料(高镍型三元正极、高压钴酸锂正极、硅碳负极、锂金属负极等)，这些材料热稳定性差，导致电池的安全隐患进一步加剧。
[0004]磷酸酯类化合物具有粘度低、介电常数较高、成本低廉、不可燃烧等特性，但是，磷酸酯类电解液与常用电池负极(石墨负极或锂金属负极、硅碳负极) 完全不兼容，虽然前人通过设计高摩尔比(溶质/溶剂)磷酸酯电解液初步解决了其与负极的兼容问题，但高摩尔比电解液粘度高、成本不菲，依然难以规模化应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种锂电池非燃电解液，仍保持有磷酸酯类溶剂的非燃属性，有效保证了电池的安全性，同时在应用中表现出了优异的电化学稳定性和优秀的循环性能。
[0006]本专利技术是这样实现的：
[0007]本专利技术提供一种包括有机溶剂、锂盐和添加剂，所述有机溶剂包括溶剂A 和溶剂B，所述溶剂A为与锂离子具有较强配位能力的磷酸酯类溶剂，所述溶剂B为与锂离子具有较弱配位能力的共溶剂，所述添加剂为成膜添加剂。
[0008]非燃性的磷酸酯类溶剂与锂离子配位能力强，会在锂离子的第一溶剂化壳层中形成一种没有阴离子参与的四配位结构，在这种结构中，由于锂离子去溶剂化需要得到电子，导致与其配位的溶剂分子周围的电子云密度下降，溶剂分子则会吸引负极周围的电子并被还原，发生所谓的共嵌入现象。本专利技术通过在高配位数的磷酸酯类溶剂中引入低配位数溶剂，使得锂离子的第一溶剂化壳层中出现配位个数不满的情况，从而将阴离子引入锂离子的溶剂化结构中，形成富阴离子的离子
‑
溶剂络合结构，有效地提高了电解液的LUMO能级和还原稳定性，在低锂盐浓度下实现了与石墨负极(或锂金属负极、硅碳负极)的兼容。
[0009]与此同时，加入的添加剂可以参与负极表面SEI膜的形成，改善其组成结构，进一步提升负极的循环稳定性，该电解液仍然保持有磷酸酯类溶剂的非燃属性，有效保证了电池的安全性。
[0010]进一步地，所述溶剂A的含量占电解液总质量的30％～70％，所述溶剂B 的含量占电解液总质量的20％～60％，锂盐的含量占电解液总质量的5％～20％，添加剂的含量电解
液总质量的0.1％～5％。
[0011]进一步地，所述溶剂A为甲基膦酸二甲酯、甲基膦酸二乙酯、磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三丙酯、磷酸三丁酯、磷酸三戊酯、磷酸三己酯、磷酸三辛酯、磷酸三苯酯、磷酸三甲苯酯、磷酸三(1,3
‑
二氯丙基)酯、磷酸三(2
‑
氯乙基)酯、三(2，2，2
‑
三氟乙基)磷酸酯中的一种或多种。
[0012]进一步地，所述溶剂B为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、2，2， 2
‑
三氟乙基甲基碳酸酯、甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、二氟乙酸乙酯、二氟氯乙酸乙酯、二氟溴乙酸乙酯、2
‑
硝基乙酸乙酯中的一种或多种。
[0013]进一步地，所述锂盐为六氟磷酸锂、二草酸硼酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、高氯酸锂、二氟草酸硼酸锂、硝酸锂和三氟甲磺酸锂中的一种或多种。
[0014]进一步地，所述添加剂为氟代碳酸乙烯酯、1，2
‑
二氟代碳酸乙烯酯、硫酸乙烯酯、4
‑
甲基硫酸乙烯酯、4
‑
乙基硫酸乙烯酯、1，3
‑
二氧杂环戊烯
‑2‑
酮、二氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双乙二酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂中的一种或多种。
[0015]本专利技术还提供一种高安全性锂电池，包括正极、负极和上述非燃电解液。
[0016]进一步地，所述正极活性物质为LiFePO4、LiCoO2、LiNi
0.8
Co
0.15
Al
0.05
O2、 LiNi
0.5～0.9
Co
0.05～0.2
Mn
0.05～0.3
O2中的一种或多种；所述负极为石墨、锂金属、硅碳中的一种或多种。
[0017]本专利技术具有以下有益效果：
[0018]1、本专利技术制备的锂电池电解液可以通过溶剂化结构的调控实现低浓度下磷酸酯类电解液与负极的兼容，在保证电池优异电化学性能的前提下极大地提高了电池的安全性；
[0019]2、本专利技术制备的锂电池电解液可以改善负极表面SEI膜的组成，利于提高负极的循环稳定性；
[0020]3、本专利技术制备的锂电池电解液制备过程简单，成本较低，可以用于大规模生产。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0022]图1为本专利技术中使用对比例1电解液的石墨半电池的首周充放电曲线(电流密度50mA g
‑1)；
[0023]图2为本专利技术中使用实施例1
‑
4电解液的石墨半电池的首周充放电曲线(电流密度50mA g
‑1)；
[0024]图3为本专利技术中使用实施例4和实施例5电解液的石墨半电池的容量
‑
循环周数曲线(循环电流密度100mA g
‑1)；
[0025]图4为本专利技术中使用对比例2和实施例5电解液制玻纤隔膜的点燃测试结果；
[0026]图5为本专利技术中使用实施例6电解液的Li||LiCoO2锂电池的容量
‑
循环周数和库伦效率
‑
循环周数曲线(循环电流密度100mA g
‑1)；
[0027]图6为本专利技术中使用实施例7电解液的Li||LiFePO4锂电池的容量
‑
循环周数和库
伦效率
‑
循环周数曲线(循环电流密度170mA g
‑1)；
[0028]图7为本专利技术中使用实施例8电解液的Li||LiNi
0.8
Co
0.15
Al
0.05
O2锂电池的容量
ꢀ‑
循环周数和库伦效率
‑
循环周数曲线(循环电流密度100mA g
‑1)；
[0029]图8为本专利技术中使用实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂电池非燃电解液，包括有机溶剂、锂盐和添加剂，其特征在于，所述有机溶剂包括溶剂A和溶剂B，所述溶剂A为与锂离子具有较强配位能力的磷酸酯类溶剂，所述溶剂B为与锂离子具有较弱配位能力的共溶剂，所述添加剂为成膜添加剂。2.如权利要求1所述的锂电池非燃电解液，其特征在于：所述溶剂A的含量占电解液总质量的30％～70％，所述溶剂B的含量占电解液总质量的20％～60％，锂盐的含量占电解液总质量的5％～20％，添加剂的含量电解液总质量的0.1％～5％。3.如权利要求1所述的锂电池非燃电解液，其特征在于：所述溶剂A为甲基膦酸二甲酯、甲基膦酸二乙酯、磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三丙酯、磷酸三丁酯、磷酸三戊酯、磷酸三己酯、磷酸三辛酯、磷酸三苯酯、磷酸三甲苯酯、磷酸三(1,3
‑
二氯丙基)酯、磷酸三(2
‑
氯乙基)酯、三(2，2，2
‑
三氟乙基)磷酸酯中的一种或多种。4.如权利要求3所述的锂电池非燃电解液，其特征在于：所述溶剂B为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、2，2，2
‑
三氟乙基甲基碳酸酯、甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、二氟乙酸乙酯、二氟氯乙酸乙酯、二氟溴乙酸乙酯、2
‑
硝基乙酸乙酯中的一种或多种。...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈重学，陈龙，文天卓，饶若晖，张宸龙，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：