一种锂离子电池电解液及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池电解液，包含锂盐、五氟苯基咪唑类离子液体和有机溶剂，其中五氟苯基咪唑类离子液体的结构式如式(1)所示。本发明专利技术还公开了上述锂离子电池电解液用于三元正极材料锂离子电池中应用。本发明专利技术的电解液中含有五氟苯基咪唑类离子液体，其含有大量F元素，能提高电解液的阻燃性以及热稳定性，并具有高电导率、电化学窗口宽、化学稳定性好的特点，能够有效改善锂离子电池的安全性能，延长循环寿命，满足锂离子电池高能量、高安全性能的需要。能的需要。能的需要。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池电解液及其应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及一种锂离子电池电解液及其应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池因其具有工作电压高、比能量大、循环寿命长及无记忆效应等特点而被人们广泛地使用，如目前锂离子电池已经普遍应用于3C消费类电子产品领域，并且随着新能源汽车的发展，在动力和储能领域锂离子电池也被广泛地使用。但随着人们对电动汽车需求的不断提升，电动汽车续航里程成为人们关注的一个重点。然而开发更高续航历程的汽车需要更高的电池能量密度。因此发展更高能量密度的电池体系迫在眉睫。提升工作电压是提高锂离子电池能量密度的有效途径。目前商业化锂离子电池的液体电解液主要是基于碳酸乙烯酯的碳酸酯基电解液，但当体系电压高于4.5V时，常规碳酸酯基电解液溶剂会发生分解从而造成整个电池性能的下降。自锂离子电池诞生开始，安全性便一直是限制其使用场景的重要问题。锂离子电池进入消费电子领域后，多次出现了因电池火灾隐患而开展的大规模召回计划。在电动交通领域，动力电池的安全性事故伴随着新能源汽车销售量的提升逐渐增加。随着锂离子电池的应用场景日益扩大，其安全性在工业界和学术界均引发了广泛的讨论和研究。为了满足锂离子电池高能量、高安全性能的需要，新型溶剂体系的开发是非常有必要的。
[0003]离子液体由阳离子和阴离子两部分组成，是在室温或近似室温下以液体形式存在的盐。与传统的有机溶剂相比，离子液体具有以下优异的物理化学性质：蒸气压极低、不易挥发、不易燃烧、热稳定性、液态温度范围宽、高电导率、化学稳定性、溶解能力好。离子液体中的阳离子结构多种多样，取代基团千变万化，阴离子变化空间相对小得多，多为Cl
‑
、Br
‑
、I
‑
、BF4‑
、PF6‑
等无机阴离子以及CH3COO
‑
、CF3SO3‑
、C4H9SO3‑
、CF3COO
‑
、N(CF3SO2)2‑
、N(C2F5SO2)2‑
、N(C4F9SO2)2‑
、N[(CF3SO2)(C4F9SO2)]‑
、C(CF3SO2)3‑
等有机阴离子。阴离子Cl
‑
、Br
‑
、I
‑
的氧化电位太低，不能用于锂电池，绝大部分阴离子为羧酸根、磺酸根的离子液体在室温下呈固态，而且熔点较高。目前，成功应用于锂电池的离子液体，其阴离子为BF4‑
、PF6‑
或者磺酰亚胺基团等。但是，现有的含离子液体的电解液仍然存在难以兼具阻燃、热稳定性能和耐高压性能的问题，为了满足锂离子电池高能量、高安全性能的需要，需要进一步的探索开发。

技术实现思路

[0004]基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种锂离子电池电解液及其应用。
[0005]本专利技术提出的一种锂离子电池电解液，包含锂盐、五氟苯基咪唑类离子液体和有机溶剂；其中，以所述锂盐、五氟苯基咪唑类离子液体和有机溶剂的质量百分比之和为100％计，所述锂盐所占质量百分比为5
‑
15％，所述五氟苯基咪唑类离子液体所占质量百分比为30
‑
45％，所述有机溶剂所占质量百分比为40
‑
65％；
[0006]所述五氟苯基咪唑类离子液体由阳离子和阴离子构成，其结构式如式(1)所示：
[0007][0008]其中，R1选自H、CH3中的任意一种，R2选自H、CH3、CH3CH2、PhCH2中的任意一种，m为1
‑
5的任意整数；Y
‑
选自PF6‑
、TFSI
‑
、FSI
‑
、BF4‑
、BOB
‑
中的任意一种。
[0009]优选地，所述五氟苯基咪唑类离子液体的阳离子的结构式为：
[0010][0011][0012]优选地，所述锂盐为六氟磷酸锂(LiPF6)、高氯酸锂(LiClO4)、四氟硼酸锂(LiBF4)、
二氟磷酸锂(LiPF2O2)、双草酸硼酸锂(LiBOB)、二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)、双(五氟乙基磺酰亚胺)锂(LiBETI)、双(三氟甲基磺酰亚胺)锂(LiTFSI)和双(氟磺酰亚胺)锂(LiFSI)、三氟甲基磺酸锂(LiCF3SO3)，优选为LiPF6、LiFSI、LiDFOB、LiPF2O2中的至少一种。
[0013]优选地，所述有机溶剂为碳酸酯类有机溶剂、羧酸酯类有机溶剂、磷酸酯类有机溶剂、醚类有机溶剂、腈类有机溶剂、卤代腈类有机溶剂中的至少一种，优选为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸丁烯酯(BC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸甲丙酯(MPC)、1，4
‑
丁内酯(1，4
‑
BC)、甲酸甲酯(MF)、乙酸乙酯(EA)、丙酸甲酯(MP)、丙酸乙酯(EP)、丙酸丁酯(BP)、丁酸乙酯(EB)、磷酸三甲酯(TMP)、磷酸三乙酯(TEP)、磷酸三苯酯(TPP)中的至少一种。
[0014]优选地，所述电解液还包括外加添加剂，所述外加添加剂为成膜添加剂、高温添加剂、低温添加剂、稳定性添加剂中的至少一种。
[0015]优选地，所述外加添加剂的质量为所述锂盐、五氟苯基咪唑类离子液体和有机溶剂的质量之和的0.5
‑
10％。
[0016]优选地，所述外加添加剂为碳酸亚乙烯基酯(VC)、乙烯基碳酸亚乙酯(VEC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、硫酸乙烯酯(DTD)、1，3
‑
丙磺酸内酯(1,3
‑
PS)、1,4
‑
丁磺酸内酯(1,4
‑
BS)、1，3
‑
丙烯基磺酸内酯(PES)、甲基二磺酸亚甲酯(MMDS)、六甲基二硅氮烷(HMDS)、三(三甲基硅烷)硼酸酯(TMSP)、三(三甲基硅烷)亚磷酸酯(TMSPi)、三(五氟化苯基)硼(TPFPB)、联苯(BP)、氟苯(FB)、丁二腈、甲烷二磺酸亚甲酯中的一种或多种。
[0017]一种所述的锂离子电池电解液用于三元正极材料锂离子电池中的应用。
[0018]本专利技术的有益效果如下：
[0019]本专利技术的锂离子电解液中采用五氟苯基咪唑类离子液体与常规的有机溶剂构成溶剂体系，引入大量的F元素和芳香基团，既有效地提高了电解液的阻燃性能以及热稳定性，而且由于五氟苯基咪唑类离子液体氧化电位高，电化学窗口较宽，在高电压下能够保持稳定不发生氧化分解反应，避免了锂离子电池胀气问题，可以显著改善锂离子电池的电化学性能，在高电压(4.5
‑
5.0V)下稳定性得到明显改善；本专利技术的电解液能够有效改善锂离子电池的安全性能，延长循环寿命，能够满足锂离子电池高能量、高安全性能的需要。
附图说明
[0020]图1为本专利技术实施例1中的五氟苯基咪唑类离子液体的1H本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池电解液，其特征在于，包含锂盐、五氟苯基咪唑类离子液体和有机溶剂；其中，以所述锂盐、五氟苯基咪唑类离子液体和有机溶剂的质量百分比之和为100％计，所述锂盐所占质量百分比为5
‑
15％，所述五氟苯基咪唑类离子液体所占质量百分比为30
‑
45％，所述有机溶剂所占质量百分比为40
‑
65％；所述五氟苯基咪唑类离子液体由阳离子和阴离子构成，其结构式如式(1)所示：其中，R1选自H、CH3中的任意一种，R2选自H、CH3、CH3CH2、PhCH2中的任意一种，m为1
‑
5的任意整数；Y
‑
选自PF6‑
、TFSI
‑
、FSI
‑
、BF4‑
、BOB
‑
中的任意一种。2.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述五氟苯基咪唑类离子液体的阳离子的结构式为：
3.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述锂盐为六氟磷酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂、二氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双(五氟乙基磺酰亚胺)锂、双(三氟甲基磺酰亚胺)锂、双(氟磺酰亚胺)锂、三氟甲基磺酸锂中的至少一种，优选为六氟磷酸锂、二氟磷酸锂、双(三氟甲基磺酰亚胺)锂、双草酸硼酸锂中的至少一种。4.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈剑，梁伟路，王鹏，梁大宇，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：