一种电解液及其应用制造技术

本发明专利技术提供了一种电解液及其应用，所述电解液包括非可燃膦酸酯溶剂、含氟醚类润湿剂、添加剂和锂盐，所述锂盐包括二氟草酸硼酸锂，本发明专利技术采用膦酸酯和二氟草酸硼酸锂协同作用，配置电解液解决了膦酸酯溶剂易还原、易共嵌入石墨负极、易与金属锂反应形成锂枝晶和死锂的问题，抑制了锂枝晶的生长和死锂的产生，提高其在高电压和高低温条件下的稳定性，因此可以显著改善高电压锂电池在高低温条件下的循环倍率性能。倍率性能。倍率性能。

【技术实现步骤摘要】
一种电解液及其应用


[0001]本专利技术属于锂电池
，涉及一种电解液及其应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池已经广泛应用于便携式设备、电动汽车、储能等领域，然而制约着锂离子电池进一步发展的最主要问题就是电池本身的安全性。然而，目前常规锂电池主要使用易燃的有机溶剂作为电解液的溶剂，这就造成了锂电池在高温、短路、撞击等滥用情况下易起火燃烧或爆炸。尤其未来锂电向着高能量密度、高功率方向发展，为了提高锂电池的能量密度，锂金属以其最低的电化学电位(
‑
3.04V vs.标准氢电极)、低密度(0.534g cm
‑3)和高的理论克容量(3860mAh g
‑1)而备受广大学者和研究人员的青睐。然而，不可控的锂枝晶生长问题严重影响了锂金属二次电池的应用，一旦锂枝晶刺穿隔膜，整个电池会因为短路而造成热失控，起火燃烧甚至爆炸。因此，安全性问题严重限制了锂离子电池和锂金属电池的发展和应用。
[0003]CN109449490A公开了一种还原剂改善的磷酸酯基锂离子电池用不燃安全电解液及锂离子电池，其所述不燃电解液包括磷酸酯不燃溶剂、高稳定性磺酰亚胺锂盐及还原类添加剂。其所述电解液制得电池的性能较差。
[0004]CN108110319A公开了一种锂离子电池非水电解液及锂离子电池。所述锂离子电池非水电解液，包括非水有机溶剂、锂盐和添加剂，所述添加剂包括不饱和磷酸酯和二氟磷酸锂，其所述电解液易还原、易共嵌入石墨负极、易与金属锂反应形成锂枝晶和死锂。
[0005]上述方案存在有制得电池性能差或电解液易与电极发生反应的问题，因此开发一种既可以提高电池在高低温性能下性能又能避免电解液与电极发生反应的电解液是十分必要的。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种电解液，所述电解液由二氟草酸硼酸锂、非可燃膦酸酯溶剂，含氟醚类稀释剂和其他功能添加剂组成，本专利技术采用膦酸酯和二氟草酸硼酸锂协同作用，配置电解液解决了膦酸酯溶剂易还原、易共嵌入石墨负极、易与金属锂反应形成锂枝晶和死锂的问题，抑制了锂枝晶的生长和死锂的产生，并且扩大了电解液的使用温度范围。
[0007]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供了一种电解液，所述电解液包括非可燃膦酸酯溶剂、含氟醚类润湿剂、添加剂和锂盐，所述锂盐包括二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)。
[0009]本专利技术中将具有低凝固点和高沸点的阻燃型溶剂膦酸酯溶剂作为电解液溶剂、高低温性能良好的二氟草酸硼酸锂作为锂盐，同时添加含氟醚类润湿剂和低阻抗SEI的成膜添加剂，配合制备新型非可燃电解液体系。与商业电解液相比，该电解液安全性能大大提高，适用温度范围极大地拓宽，可以在
‑
40～70℃适用。
[0010]膦酸酯溶剂受热时释放出能捕获氢或氢氯自由基的含磷自由基，显然，浓度越高，含磷自由基就越多，阻燃效果就越理想，但是由于膦酸酯溶剂易还原、易共嵌入石墨负极、易与金属锂反应形成锂枝晶和死锂，因此膦酸酯类阻燃类添加剂过多时会严重地恶化电池性能。本专利技术在膦酸酯类溶剂中加入二氟草酸硼酸锂，LiDFOB在膦酸酯溶剂中具有好的溶解性，可以通过提高LiDFOB在溶剂的浓度来克服磷酸酯溶剂易还原、易共嵌入石墨负极等问题，同时提高高电压正极稳定性，另外，高浓度LiDFOB还可在正极表面上形成稳定的SEI膜，提高其在高电压和高低温条件下的稳定性，因此可以显著改善高电压锂电池在高低温条件下的循环倍率性能。
[0011]优选地，所述非可燃膦酸酯溶剂的结构式如式I所示：
[0012][0013]其中，R1、R2、R3各自独立地选自取代或未取代的C
1～20
烷基、取代或未取代的C
6～26
芳基、取代或未取代的C
1～20
烷氧基、取代或未取代的C
6～26
芳氧基，取代基选自卤素、氰基、C
1～4
烷基中的任意一种或至少两种的组合。
[0014]优选地，所述非可燃膦酸酯溶剂的凝固点<
‑
40℃。
[0015]优选地，所述非可燃膦酸酯溶剂的沸点>100℃。
[0016]优选地，所述非可燃膦酸酯溶剂包括甲基膦酸二甲酯、甲基膦酸二乙酯或乙基膦酸二乙酯中的任意一种或至少两种的组合。
[0017]由于膦酸酯溶剂同时具有较低凝固点和较高沸点，该电解液不可燃烧、具有极高的安全性能。因此该电解液适用于较宽的温度范围(
‑
40～70℃)。
[0018]优选地，以所述电解液的质量为100％计，所述非可燃膦酸酯溶剂的质量占比为20～80％，例如：20％、30％、40％、50％、60％、70％或80％等，优选为50～70％。
[0019]优选地，所述含氟醚类润湿剂的凝固点<
‑
20℃。
[0020]优选地，所述含氟醚类润湿剂的沸点>50℃。
[0021]优选地，所述含氟醚类润湿剂包括1,1,2,2
‑
四氟乙基
‑
2,2,3,3
‑
四氟丙基醚、乙基六氟丙基醚、三氟乙基六氟丙基醚、甲基九氟丁基醚或乙基九氟丁基醚中的任意一种或至少两种的组合。
[0022]本专利技术使用的含氟醚类润湿剂同样具有低凝固点、高沸点及黏度较低的性质，在保证离子电导率和隔膜浸润性的同时，使电解液具有较宽的电化学窗口、较低粘度、对隔膜润湿性好、使用温度范围宽等性能，应用于高电压锂离子电池、锂金属二次电池中都可获得高的库伦效率和长的循环寿命。
[0023]优选地，以所述电解液的质量为100％计，所述含氟醚类润湿剂的质量分数为1～60％，例如：1％、3％、5％、10％、30％或60％等，优选为25～50％。
[0024]优选地，所述添加剂包括硫酸乙烯酯、亚硫酸乙烯酯、1,3
‑
丙烷磺酸内酯、二氟磷酸锂、双草酸硼酸锂或硝酸锂中的任意一种或至少两种的组合。
[0025]优选地，以所述电解液的质量为100％计，所述添加剂的质量分数为0.1～5％，例如：0.1％、0.5％、1％、3％或5％等。
[0026]优选地，所述锂盐在电解液中的浓度为1～3mol/L，例如：1mol/L、1.5mol/L、2mol/L、2.5mol/L或3mol/L等，优选为2～3mol/L。
[0027]第二方面，本专利技术提供了一种锂电池，所述锂电池包含如第一方面所述的电解液，所述锂电池还包括正极、负极和隔膜。
[0028]优选地，所述正极的活性物质包括锂的复合金属氧化物和/或聚阴离子锂化合物，优选为聚阴离子锂化合物。
[0029]优选地，所述聚阴离子锂化合物的化学式为LiM
x
(PO4)
y
，M为Ni、Co、Mn、Fe、Ti或V中的任意一种或至少两种的组合，0≤x≤5，0≤y≤5。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电解液，其特征在于，所述电解液包括非可燃膦酸酯溶剂、含氟醚类润湿剂、添加剂和锂盐，所述锂盐包括二氟草酸硼酸锂。2.如权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述非可燃膦酸酯溶剂的结构式如式I所示：其中，R1、R2、R3各自独立地选自取代或未取代的C
1～20
烷基、取代或未取代的C
6～26
芳基、取代或未取代的C
1～20
烷氧基、取代或未取代的C
6～26
芳氧基，取代基选自卤素、氰基、C
1～4
烷基中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述非可燃膦酸酯溶剂的凝固点<
‑
40℃；优选地，所述非可燃膦酸酯溶剂的沸点>100℃；优选地，所述非可燃膦酸酯溶剂包括甲基膦酸二甲酯、甲基膦酸二乙酯或乙基膦酸二乙酯中的任意一种或至少两种的组合。3.如权利要求1或2所述的电解液，其特征在于，以所述电解液的质量为100％计，所述非可燃膦酸酯溶剂的质量占比为20～80％，优选为50～70％。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的电解液，其特征在于，所述含氟醚类润湿剂的凝固点<
‑
20℃；优选地，含氟醚类沸点>50℃；优选地，所述含氟醚类润湿剂包括但不限于1,1,2,2
‑
四氟乙基
‑
2,2,3,3
‑
四氟丙基醚、乙基六氟丙基醚、三氟乙基六氟丙基醚、甲基九氟丁基醚、乙基九氟丁基...

【专利技术属性】
技术研发人员：许晶晶，王志诚，潘安然，吴晓东，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：