一种高电压电解质及其电池制造技术

本发明专利技术公开了一种高电压电解质，所述电解质的原料中包括氟代环状碳酸酯、含有不饱和基团的单腈、氟代线性酯或氟代线性砜；以质量计，所述氟代环状碳酸酯、含有不饱和基团的单腈、氟代线性酯或氟代线性砜的比为(5份

【技术实现步骤摘要】
一种高电压电解质及其电池


[0001]本专利技术涉及锂电池领域，具体涉及一种高电压电解质及其电池。

技术介绍

[0002]能源危机是当今世界所面临的生存和发展问题，传统的石油与煤矿资源的开发带来的环境污染问题也越来越严重。新能源的开发和利用迫在眉睫，而这又与能源存储和转化装置的发展息息相关。当前最为常用的能源存储装置就是化学电源，锂离子电池作为化学电源已经在各个领域被广泛应用。
[0003]为了满足受众对电子产品的需求，进一步提高电池的能量密度，从而可以有效降低电动工具、移动电源等的充电次数，提升电池的使用寿命，而提高电池的充电电压是提升电池能量密度的重要手段之一。但是充电电压的提升意味着对电解质的抗氧化还原能力的挑战，锂离子电池的电解质是由基础锂盐、有机溶剂和添加剂组成。电解质作为锂离子电池的关键组成部分，起到传输电池内部离子的作用，它对电池的能量密度、工作电压、温度范围和安全性能起着至关重要的影响。目前有研究学者想通过改善电解质的添加剂之间的相互配合，从而提高电解质的耐氧化性能。中国专利CN114006044A给出了一种离子液体溶剂，可提升电池的耐高电压氧化性能，但是，离子液体溶剂的粘度高、价格贵抑制了其在电池中的实际应用。中国专利CN113921904A公开了在电解液中加入腈类添加剂，腈类虽然具有较小的粘度，有利于减小电解质中原料溶液的浓度，并且可提高电池的耐高压和耐高温性能，但是对于单腈类的添加剂的在电池中的应用受限，主要是由于单腈类添加剂容易在负极上被还原还不够稳定，单腈也限制了腈类物质的推广使用。可见，开发一种能在高压下工作的电池的电解质，需要在现有技术中进一步的思考各添加剂之间的如何配合才能弥补添加剂自身的缺陷而获得具有耐氧化还原的电解质。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术中的问题，公开了一种高电压电解质，本专利技术的电解质可在高电压下工作，具有合适的粘度，并且提升了电解质的抗氧化还原性能的同时，可生成厚度合适的SEI膜；从而促进锂离子的迁移，提升电池的循环性能、电池的容量发挥和首效；此外，还可以提升电池的安全性能。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0006]本专利技术提供的一种高电压电解质，所述电解质的原料中包括氟代环状碳酸酯、含有不饱和基团的单腈、氟代线性酯或氟代线性砜；以质量计，所述氟代环状碳酸酯、含有不饱和基团的单腈、氟代线性酯或氟代线性砜的比为(5份
‑
30份):(0.1份
‑
2份):(10份
‑
90份)。
[0007]本专利技术的上述设计，氟代环状碳酸酯在电池循环过程中积极参与生成SEI膜，具有较高的介电常数；在氟代环状碳酸酯中引入氟，氟取代基团可以改变环状碳酸酯的能级，提高环状碳酸酯的稳定性，进而提升环状碳酸酯的耐氧化还原性能和电池的电化学窗口；但
是由于氟代环状碳酸酯的粘度较大，会影响电解质中锂离子的迁移，并且其在温度升高的情况下，氟代环状碳酸酯会产生氢氟酸，从而对电池的正极产生损害；而单腈的加入有利于在电池正极形成保护膜，保护膜覆盖活性位点，减少氢氟酸对电池正极的损伤，但是单腈类物质容易在负极上被还原还不够稳定，所以在锂电池中应用较少；在单腈类物质中引入不饱和基团，一方面，不饱和基团能给单腈类物质提供聚合位点，从而提升单腈类物质的耐氧化还原性，另一方面还可以抑制电解质中的产气效果，进一步减少了氟代环状碳酸酯在电解质中的消极影响，并且促进了锂盐在电解质中的溶解。在此基础上，我们还进一步选择了氟代线性酯或氟代线性砜进一步配合氟代环状碳酸酯和含有不饱和基团的单腈，氟代线性酯或氟代线性砜的介电常数及粘度在氟代环状碳酸酯之下，一方面可以减少各物质之间的粘度，有利于锂离子的迁移，另一方面，氟代线性砜不仅具有较强的氧化稳定性，而且还可以提高氟代环状碳酸酯的浸润性，进而浸润电池隔膜和电极，有利于电池的容量发挥；而氟代线性酯不仅能增加锂离子和溶剂分子之间的络合数目，有利于提高电解质的耐氧化性能，还可以促进含有不饱和基团的单腈在高压下与石墨等负极有较好的相容性，有利于提高电池的容量发挥和循环性能。通过上述各物质之间的配合，使得电解质能在高压下工作的同时，提高了电解质的耐氧化性能，并且有利于提高电池的循环性能、容量发挥以及安全性能等。
[0008]作为进一步方案，所述所述电解质的原料中还包括氟代醚，以质量计，所述氟代环状碳酸酯、含有不饱和基团的单腈、氟代线性酯或氟代线性砜、氟代醚的比为(5份
‑
30份):(0.1份
‑
2份):(10份
‑
90份):(0份
‑
30份)，在氟代醚存在的情况下，其质量份数下限不为0。氟代醚具有粘度低的特点，但其介电常数低，因此在电解质粘度太高的条件下可作为稀释剂使用，降低电解质的粘度的同时，促进锂离子的迁移。
[0009]作为再进一步方案，所述电解质的原料中包括氟代环状碳酸酯、含有不饱和基团的单腈、氟代线性酯、氟代醚，以质量计，所述氟代环状碳酸酯、含有不饱和基团的单腈、氟代线性酯、氟代醚比为(5份
‑
30份):(0.1份
‑
2份):(10份
‑
90份):(0份
‑
30份)，在氟代醚存在的情况下，其质量份数下限不为0。氟代醚可以和氟代线性酯的配合下在电极表面形成保护层，进而有利于提高电池的循环性能。氟代线性酯不仅能增加锂离子与溶剂分子之间的络合数目，还可以促进含有不饱和腈在高压下与石墨等负极有较好的相容性，从而不仅能提升电解质的耐氧化性能的同时，还有利于电池的容量发挥和循环性能。
[0010]作为更进一步方案，所述电解质的原料中包括氟代环状碳酸酯、含有不饱和基团的单腈、氟代线性酯、氟代醚，以质量计，所述氟代环状碳酸酯、含有不饱和基团的单腈、氟代线性酯、氟代醚的比为(15份
‑
25份):(0.3份
‑
0.8份):(20份
‑
60份):(0份
‑
30份)，在氟代醚存在的情况下，其质量份数下限不为0。此配比比例下的各物质更有利于获得具有耐氧化还原性的电解质，从而更有利于提高电池的电化学性能和安全性能。
[0011]作为进一步方案，所述氟代环状碳酸酯具有化学式(1)的通式结构、氟代线性酯具有化学式(2)或化学式(3)的通式结构、氟代线性砜具有化学式(4)的通式结构、含有不饱和基团的单腈具有化学式(5)的通式结构，所述氟代醚具有化学式(6)的通式结构：
[0012][0013]其中，
[0014]R1选自C1
‑
C2的氟取代烷基中的一种或F；R2
‑
R5、R8
‑
R9为各自独立的C1
‑
C8的氟取代或未取代的烷基中的一种，且化学式(2)、化学式(3)和化学式(4)的通式结构中至少含有一个C1
‑
C8的氟取代的烷基中的一种；R6、R7为各自独立的C1
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高电压电解质，其特征在于，所述电解质的原料中包括氟代环状碳酸酯、含有不饱和基团的单腈、氟代线性酯或氟代线性砜；以质量计，所述氟代环状碳酸酯、含有不饱和基团的单腈、氟代线性酯或氟代线性砜的比为(5份
‑
30份):(0.1份
‑
2份):(10份
‑
90份)。2.根据权利要求1所述的一种高压电解质，其特征在于，所述电解质的原料中还包括氟代醚，以质量计，所述氟代环状碳酸酯、含有不饱和基团的单腈、氟代线性酯或氟代线性砜、氟代醚的比为(5份
‑
30份):(0.1份
‑
2份):(10份
‑
90份):(0份
‑
30份)，在氟代醚存在的情况下，其质量份数下限不为0；进一步优选，所述电解质的原料中包括氟代环状碳酸酯、含有不饱和基团的单腈、氟代线性酯、氟代醚，以质量计，所述氟代环状碳酸酯、含有不饱和基团的单腈、氟代线性酯、氟代醚比为(5份
‑
30份):(0.1份
‑
2份):(10份
‑
90份):(0份
‑
30份)，在氟代醚存在的情况下，其质量份数下限不为0；进一步优选，所述电解质的原料中包括氟代环状碳酸酯、含有不饱和基团的单腈、氟代线性酯、氟代醚，以质量计，所述氟代环状碳酸酯、含有不饱和基团的单腈、氟代线性酯、氟代醚的比为(15份
‑
25份):(0.3份
‑
0.8份):(20份
‑
60份):(0份
‑
30份)，在氟代醚存在的情况下，其质量份数下限不为0。3.根据权利要求2所述的一种高压电解质，其特征在于，所述氟代环状碳酸酯具有化学式(1)的通式结构、氟代线性酯具有化学式(2)或化学式(3)的通式结构、氟代线性砜具有化学式(4)的通式结构、含有不饱和基团的单腈具有化学式(5)的通式结构，所述氟代醚具有化学式(6)的通式结构：其中，R1选自C1
‑
C2的氟取代烷基中的一种或F；R2
‑
R5、R8
‑
R9为各自独立的C1
‑
C8的氟取代或未取代的烷基中的一种，且化学式(2)、化学式(3)和化学式(4)的通式结构中至少含有一个C1
‑
C8的氟取代的烷基中的一种；R6、R7为各自独立的C1
‑
C8的氟代烷基中的一种；R10选自C1
‑
C6的烯基中的一种。4.根据权利要求3所述的一种高压电解质，其特征在于，所述氟代环状碳酸酯具有化学式(1)的通式结构中的R1为F；进一步优选，所述氟代线性酯具有化学式(2)的通式结构中的R2选自C1
‑
C4的全氟取代烷基中的一种，所述氟代线性酯具有化学式(2)的通式结构中的R3选自C1
‑
C4的全氟取代或未取代的烷基中的一种，且R2和R3的...

【专利技术属性】
技术研发人员：盖建丽，姚远，蔡伟，张振宇，王彦艳，狄雷，
申请(专利权)人：天目湖先进储能技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：