[發(fā)明專利]一種含氟磺酰亞胺基鋰鹽非水電解液及其應(yīng)用

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410021308.4
• 申請日: 2014-01-17
• 公開（公告）號: CN103794819A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳瀚林;陳世忠;周志彬
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州氟特電池材料有限公司
• 主分類號: H01M10/0568
• 分類號: H01M10/0568
• 代理公司: 張家港市高松專利事務(wù)所(普通合伙) 32209
• 代理人: 陳曉岷

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新材料和電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及含氟磺酰亞胺基鋰鹽非水電解液及其在鋰離子電池中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

非水電解質(zhì)是二次鋰(離子)電池等儲(chǔ)能器件的關(guān)鍵材料之一，其綜合性能(如化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性，安全性等)直接影響電池的使用。目前，商業(yè)化的鋰電池電的解質(zhì)主要是由有機(jī)碳酸酯(如碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯等)和導(dǎo)電鹽(主要是LiPF₆)組成。該體系中有機(jī)碳酸酯的易燃和易揮發(fā)性是目前電池體系的主要安全隱患(如燃燒、爆炸、泄漏等)。同時(shí)，一般認(rèn)為LiPF₆熱穩(wěn)定性差、易于水解等性能缺陷，導(dǎo)致在高溫時(shí)(>55℃)或者水分含量略高時(shí)，使用LiPF₆的非水電解液的鋰離子電池，其電化學(xué)性能和安全性能顯著下降。目前，通過添加各種功能性添加劑，改善和提高LiPF₆非水電解液的高溫性能以及減弱對水的敏感性，是改善和提高LiPF₆鋰離子電池高溫電化學(xué)性能的主要技術(shù)發(fā)展方向。例如，通過加入銨基、環(huán)醚或環(huán)狀羧酸酯等化合物(中國專利CN101601163;Electrochem.Solid-State?Lett.,12(2009)A229)，加入路易斯酸氟硼化物(美國專利US6022643;J.Power?Sources?193(2009)834)或堿(J.Electrochem.Soc.152(2005)A1361)，加入新型鋰鹽二氟草酸硼酸鋰(LiDFOB)或四氟草酸磷酸鋰(LTFOP)(中國專利CN101635379,Electrochem.Solid-State?Lett.13(2010)A11)等。這些通過在LiPF₆非水電解液中加入各種功能性添加劑，提高電解液穩(wěn)定性的技術(shù)手段，盡管在一定程度上改善鋰離子電池的高溫性能，但是，并沒有從根源上改變和徹底消除LiPF₆受熱分解的本質(zhì)特性。

開發(fā)具有優(yōu)異化學(xué)和電化學(xué)性能的新型鋰鹽替代LiPF₆，被認(rèn)為是徹底解決鋰離子電池高溫性能的有效途徑，也是鋰離子電池電解液技術(shù)發(fā)展的重要方向。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一系列基于新型不對稱結(jié)構(gòu)的(氟磺酰)(多氟烷氧基磺酰)亞胺的鋰鹽作為鋰離子電池電解質(zhì)材料的非水電解液。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：一種非水電解液，由導(dǎo)電鋰鹽電解質(zhì)材料、有機(jī)溶劑和添加劑組成；所述導(dǎo)電鋰鹽電解質(zhì)材料是不對稱(氟磺酰)(多氟烷氧基磺酰)亞胺鋰鹽或不對稱(氟磺酰)(多氟烷氧基磺酰)亞胺鋰鹽與其他導(dǎo)電鋰鹽組成的混合物；各組分的重量百分比為：不對稱(氟磺酰)(多氟烷氧基磺酰)亞胺鋰鹽0.01–30wt%、其他鋰鹽0–15wt%、有機(jī)溶劑60–90wt%、功能添加劑0.01–10wt%。

所述不對稱(氟磺酰)(多氟烷氧基磺酰)亞胺鋰鹽（簡稱Li[R_fOFSI]）的結(jié)構(gòu)如式(Ⅰ)所示：

其中，取代基R_f=C_nF_2n+1-mH_m的飽和多氟烷基，n為1至10的整數(shù)，m為大于零的整數(shù)，且2n+1-m大于等于零的整數(shù)；

優(yōu)先選擇R_f=(CF₃)₂CH-、CF₃CH₂-、CF₃CF₂CH₂-、CF₃(CF₂)₂CH₂-或者H(CF₂)_nCH₂-，n=1–8。

所述其他鋰鹽為LiPF₆、LiBF₄、LiTFSI、LiClO₄、LiAsF₆、LiBOB、LiDFOB、LiTFOB；LiN(SO₂R_F)₂、LiN(SO₂F)(SO₂R_F)中的一種或二種以上的組合，其中取代基R_F=C_nF_2n+1的飽和全氟烷基，n為1至10的整數(shù)，且2n+1大于零的整數(shù)。