[發(fā)明專利]一種高能量密度高安全鋰離子電池用砜基電解液及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711082365.3
• 申請日: 2017-11-07
• 公開（公告）號: CN107959050A
• 公開（公告）日: 2018-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邢麗丹;鄭欽鋒;李偉善;廖友好;許夢清
• 申請（專利權(quán)）人: 華南師范大學(xué)
• 主分類號: H01M10/0566
• 分類號: H01M10/0566;H01M10/0568;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司44245
• 代理人: 崔紅麗,裘暉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池領(lǐng)域，具體涉及一種高能量密度高安全鋰離子電池用砜基電解液及其制備方法。

背景技術(shù)

在商業(yè)化二次電池中，鋰離子電池的比能量最高、循環(huán)性能最好，而且因其電極材料選擇的多樣性，作為儲(chǔ)能電池具有廣闊的發(fā)展前景。但隨著科技的進(jìn)步及市場的不斷發(fā)展，對電池能量密度的需求日益迫切，因此提升鋰電池的能量密度成為又一項(xiàng)困擾科研工作者的新的課題。

當(dāng)前商業(yè)用鋰離子電池的正極材料主要有錳酸鋰、鈷酸鋰、磷酸亞鐵鋰等，這些電池材料具有較好的穩(wěn)定性，但在能量密度上已不能滿足人們的需求，開發(fā)具有高能量密度的新的電池材料是解決能量密度不足的一個(gè)方法，但是尋找新的電池材料需要巨大的資金投入，成本高、工作效率低；另一提升電池能量密度的方法是提高電池的工作電壓，因?yàn)檫@種方法的簡單有效，毫無疑問是提高電池工作電壓是所有提升電池能量密度方法中的優(yōu)選。但是，縱然我們可以從高電壓體系下獲得高的能量密度，商業(yè)化碳酸酯類電解液在高壓下的不穩(wěn)定性嚴(yán)重影響了電池的循環(huán)性能，縮短了電池的循環(huán)壽命，與提升能量密度的初衷相矛盾，通過提高工作電壓進(jìn)而提升能量密度的方法也遇到了阻礙。但綜合成本、效率等方面的問題提高電壓來提升能量密度的方法還是具有優(yōu)勢的。因此提升電池能量密度的又一方法便是尋找能夠匹配高壓工作的電解液，可以往碳酸酯類電解液中加入耐高壓的添加劑來達(dá)到目的，但是這種方法治標(biāo)不治本，砜基的電解液在1985年首次被報(bào)道，砜類由于帶有強(qiáng)吸電子基團(tuán)而具備較高的氧化電位[超過5.0V(vs.Li/Li⁺)]，其寬電化學(xué)窗口隨著低聚物鏈的縮短而變得更寬，是理想的耐高壓溶劑，使用砜基電解液可以從根本上解決高壓不穩(wěn)定的問題。不幸的是，砜類最普遍的缺點(diǎn)是其與石墨電極之間的不兼容性，導(dǎo)致大量的不可逆容量產(chǎn)生。盡管用EMC作為共溶劑，環(huán)丁砜基的電解液依然不能有效地鈍化石墨電極。因此提高砜類溶劑與石墨負(fù)極相容性的必要性。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種高能量密度高安全鋰離子電池用砜基電解液。該電解液是通過提高砜類電解液中鋰鹽的濃度來提高砜類溶劑的循環(huán)穩(wěn)定性，即方便又經(jīng)濟(jì)。該電解液能顯著提高鋰離子電池高電壓條件下的循環(huán)穩(wěn)定性和使用壽命。

本發(fā)明的另一目的在于提供上述高能量密度高安全鋰離子電池用砜基電解液的制備方法。

本發(fā)明的再一目的是在于提供上述高能量密度高安全鋰離子電池用砜基電解液的應(yīng)用。

本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種高能量密度高安全鋰離子電池用砜基電解液，所述電解液是在普通電解液中增大相當(dāng)于普通電解液鋰鹽濃度的1.5～2.5倍得到的；所述的普通電解液由砜類溶劑、線型碳酸酯溶劑和導(dǎo)電鋰鹽構(gòu)成；

高濃度鋰鹽作為提高砜類電解液循環(huán)穩(wěn)定性的條件，所述的導(dǎo)電鋰鹽為含氟系列鋰鹽，所述導(dǎo)電鋰鹽在普通電解液中的濃度優(yōu)選為1M；所述的砜類溶劑指的如式1所示的一系列化合物中的一種或至少兩種；

其中，所述R₁和R₂為下述情形中的任意一種：自由氫、碳原子數(shù)1～20的烷基、碳原子數(shù)3～20的環(huán)烷基、碳原子數(shù)6～30的芳基、碳原子數(shù)6～30的芳烷基、部分氫或全部氫被鹵素取代的碳原子數(shù)為1～6的直鏈烷基。

更優(yōu)選的，所述的砜類溶劑為環(huán)丁砜；

優(yōu)選的，所述電解液是在普通電解液中增大相當(dāng)于普通電解液鋰鹽濃度的1.5～2.0倍得到的。

更優(yōu)選的，所述電解液是在普通電解液中增大相當(dāng)于普通電解液鋰鹽濃度的2.0倍得到的。

所述的砜類溶劑和線型碳酸酯溶劑的質(zhì)量比優(yōu)選為：砜類溶劑占總?cè)軇┵|(zhì)量比30％以上；更優(yōu)選為40％。

所述的線型碳酸酯溶劑優(yōu)選為碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)和碳酸甲丙酯(MPC)中的一種或至少兩種；

所述的導(dǎo)電鋰鹽優(yōu)選為六氟磷酸鋰(LiPF₆)、四氟硼酸鋰(LiBF₄)、二氟草酸硼酸鋰(LiDFOB)、三氟甲基磺酸鋰(LiSO₃CF₃)、六氟砷酸鋰(LiAsF₆)、全氟烷基磺酰甲基鋰(LiC(CF₃SO₂)₃)和雙三氟甲基磺酰亞胺鋰(Li(CF₃SO₂)₂N)中的一種或至少兩種；