一种含氟代胺的锂离子电池电解液及其应用制造技术

本发明专利技术涉及电解液技术领域，公开了一种含氟代胺的锂离子电池电解液及其应用，电解液的组分包括电解质和溶剂，溶剂中包括氟代胺；所述氟代胺为氟代三级胺，氟化率>20%。本发明专利技术采用氟代胺作为电解液中的溶剂，用氟对胺类化合物进行取代后，可以调节氮原子中孤对电子的活性，使其成为在电化学反应过程中即不易被氧化，又能对锂离子有较好溶解度的溶剂。在电解液中添加氟代胺类化合物，其在锂电池工作时可以吸收大量气体，对抑制电池的鼓包有益；并且，氟代胺类化合物的表面张力很小，将其加入电解液中有利于电解液对极片、隔膜的浸润；氟代胺类化合物还具有优异的热稳定性，难燃甚至不燃，加入电解液中有利于电池安全。加入电解液中有利于电池安全。加入电解液中有利于电池安全。

【技术实现步骤摘要】
一种含氟代胺的锂离子电池电解液及其应用


[0001]本专利技术涉及电解液
，尤其是涉及一种含氟代胺的锂离子电池电解液及其应用。

技术介绍

[0002]商业应用的锂离子电池的电解液，都是以混合碳酸酯为主溶剂构成的体系。目前应用的碳酸酯溶剂主要有碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸亚烯酯、碳酸丙烯酯。非碳酸酯溶剂也少量用于二次电池电解液中，但综合性能不如碳酸酯，所以应用不多。
[0003]胺类化合物有孤对电子，能与锂离子形成络合物，对锂盐有一定的溶解性，这是其能作为电解液溶剂的基础。将胺类物质加入电解液中，可以成为碳酸酯溶剂的补充，和碳酸酯溶剂共用，将二者的优势结合；这对传统的碳酸酯体系电解液是一个良好的补充，因为一种溶剂的引入，可以使得配方调整有非常大的灵活性和引起配方种类的数量级上的增加。
[0004]但是胺类化合物中的氮原子较易被氧化，在锂电池电解液环境中不够稳定，因此目前还未能实现胺类化合物在电解液中的应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术是为了克服现有技术中的电解液存在的上述问题，提供一种含氟代胺的锂离子电池电解液及其应用，采用氟代胺作为电解液中的溶剂，用氟对胺类化合物进行取代后，可以调节氮原子中孤对电子的活性，使其成为在电化学反应过程中即不易被氧化，又能对锂离子有较好溶解度的溶剂。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种含氟代胺的锂离子电池电解液，组分包括电解质和溶剂，溶剂中包括氟代胺。
[0007]本专利技术采用氟代胺作为电解液中的溶剂，丰富了电解液溶剂种类，在调配电解液时，可选性更灵活。并且用氟对胺类化合物进行取代后，可以调节氮原子中孤对电子的活性，使其成为在电化学反应过程中即不易被氧化，又能对锂离子有较好溶解度的溶剂，解决了传统的胺类化合物在锂电池电解液环境中不稳定的问题。
[0008]同时，在电解液中添加氟代胺类化合物，其在锂电池工作时可以吸收大量气体(如氧气、二氧化碳等)，对抑制电池的鼓包有益。并且，氟代胺类化合物的表面张力很小，将其加入电解液中有利于电解液对极片、隔膜的浸润(全氟三乙胺的表面张力仅为12.7dyne/cm，而目前锂电池电解液中常用的溶剂碳酸丙烯酯的表面张力为30dyne/cm)。氟代胺类化合物还具有优异的热稳定性，难燃甚至不燃，加入电解液中有利于电池安全。
[0009]作为优选，所述的氟代胺为氟代三级胺，氟代胺的氟化率>20％。
[0010]关于氟代胺的氟化率，本专利技术做以下定义：以未氟化的有机胺CnHmNx(n,m,x分别为有机胺分子中碳原子数目、氢原子数目和氮原子数目)的氟化率为0％；全部氟化的有机胺CnFyNx(n,y,x分别为氟代有机胺分子中碳原子数目、氟原子数目和氮原子数目)的氟化
率为100％；部分氟化的有机胺CnHmFyNx(n,m,y,x分别为氟代有机胺分子中碳原子数目、氢原子数目、氟原子数目和氮原子数目)的氟化率为：
[0011]氟化率为0％的胺类或低氟化率的氟代胺(氟化率≤20％)活性高，表现在化学反应时氮原子易被氧化，做溶剂时氮原子的孤对电子易与锂离子形成络合物，对锂盐溶解度大。氟代胺中氟代率的提高，使得氮原子变得稳定，不易被氧化，同时氮原子的孤对电子与锂离子形成络合物的倾向也变弱；氟代胺中氟化率进一步提高到100％时，氟代胺对锂盐的溶解度变差，但是氟代胺变得十分稳定。本专利技术对氟代胺的氟化率进行限定，使其用于电解液中时，即不易被氧化，又能对锂离子有较好溶解度，有利于锂电池性能的提升。
[0012]作为优选，所述的氟代胺选自以下分子结构中的至少一种：其中，R1、R2、R3、R4、R5为烃基或氟代烃基，且R1、R2、R3不全为烃基。
[0013]采用本专利技术中的链状结构或环状结构的氟代胺作为电解液中的溶剂，可以在保证氟代胺具有良好的稳定性的同时，使溶剂具有较好的溶解锂盐的能力。
[0014]作为优选，R1、R2、R3、R4、R5为含1～6个碳原子的烃基或氟代烃基。本专利技术对氟代胺中氮原子上连接的烃基的碳原子个数进行限定，当碳原子个数为0时，则氮原子与氢原子直接相连，这个氢原子为活泼氢，溶剂易反应，电解液的稳定性差；而碳原子个数过多，则会导致氟代胺变得过于惰性，溶剂溶解锂盐能力的下降，也不利于电解液性能的提升。
[0015]作为优选，所述的氟代胺在电解液中的质量百分含量为0.1％～60％。
[0016]作为优选，所述的溶剂中还包括碳酸二甲酯，碳酸二乙酯，碳酸甲乙酯，碳酸乙烯酯，碳酸丙烯酯，碳酸亚乙烯酯，乙酸甲酯，乙酸乙酯，乙酸丙酯，乙酯丁酯，γ
‑
丁内酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯中的至少一种。将氟代胺和碳酸酯等传统溶剂共用，氟代胺可以成为传统锂电池溶剂的良好补充，结合不同溶剂的优势，使得电解液的配方调整有非常大的灵活性和引起配方种类的数量级上的增加。
[0017]作为优选，所述的电解质中包括六氟磷酸锂、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂、双(氟磺酰)亚胺锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂中的至少一种。
[0018]作为优选，电解质在电解液中的浓度为0.5mol/L～1.5mol/L。
[0019]作为优选，电解液的组分还包括质量分数为0％～5％的添加剂，所述的添加剂为碳酸亚乙烯酯、1,3
‑
丙烷磺内酯、硫酸乙烯酯、氟代乙烯酯、乙烯基碳酸乙烯酯中的至少一种。
[0020]本专利技术还提供了一种上述含氟代胺的锂离子电池电解液在一次锂电池、二次锂电池、电容器或赝电容器中的应用。
[0021]因此，本专利技术具有如下有益效果：(1)采用氟代胺作为电解液中溶剂组分，丰富了锂离子电池电解液溶剂种类，在调
配电解液时，可选性更灵活；(2)氟代胺类化合物可以吸收大量气体(如氧气、二氧化碳等)，对抑制电池的鼓包有益；(3)氟代胺类化合物表面张力很小，有利于电解液对极片、隔膜的浸润；(4)氟代胺类化合物难燃甚至不燃，对热稳定，有利于电池安全；(5)通过对氟代胺的氟代率进行选择，调节氮原子中孤对电子的活性，使其成为在电化学反应过程中即不易被氧化，又能对锂离子有较好溶解度的溶剂。
附图说明
[0022]图1是本专利技术实施例1中的电解液的实物图；图2是本专利技术对比例1中的电解液的实物图；图3是本专利技术对比例4中的电解液的实物图；图4是用本专利技术实施例1中的电解液组成的锂离子电池的充放电曲线；图5是用本专利技术实施例2中的电解液组成的锂离子电池的充放电曲线；图6是用本专利技术实施例3中的电解液组成的锂离子电池的充放电曲线；图7是用本专利技术实施例4中的电解液组成的锂离子电池的充放电曲线；图8是用本专利技术实施例5中的电解液组成的锂离子电池的充放电曲线；图9是用本专利技术实施例6中的电解液组成的锂离子电池的充放电曲线；图10是用本专利技术实施例7中的电解液组成的锂离子电池的充放电曲线；图11是用本专利技术对比例5中的电解液组成的锂离子电池的充放电曲线；图4～11中，(a)为充电比容量曲线；(b)为放电比容量曲本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含氟代胺的锂离子电池电解液，其特征是，组分包括电解质和溶剂，溶剂中包括氟代胺。2.根据权利要求1所述的一种含氟代胺的锂离子电池电解液，其特征是，所述的氟代胺为氟代三级胺，氟代胺的氟化率>20％。3.根据权利要求1或2所述的一种含氟代胺的锂离子电池电解液，其特征是，所述的氟代胺选自以下分子结构中的至少一种：其中，R1、R2、R3、R4、R5为烃基或氟代烃基，且R1、R2、R3不全为烃基。4.根据权利要求3所述的一种含氟代胺的锂离子电池电解液，其特征是，R1、R2、R3、R4、R5为含1～6个碳原子的烃基或氟代烃基。5.根据权利要求1所述的一种含氟代胺的锂离子电池电解液，其特征是，所述的氟代胺在电解液中的质量百分含量为0.1％～60％。6.根据权利要求1所述的一种含氟代胺的锂离子电池电解液，其特征是，所述的溶剂中还包括碳酸二甲酯，碳酸二乙酯，碳酸甲乙酯，碳酸乙烯酯，碳酸丙烯酯，碳酸亚乙烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑卓群，杜小红，申大卫，刘华峰，杨鸿超，刘珊珊，
申请(专利权)人：湖州永兴锂电池技术有限公司，
类型：发明
国别省市：