[發明專利]電解液和鋰離子二次電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201711437521.3
• 申請日: 2017-12-26
• 公開（公告）號: CN108183261B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發明（設計）人: 唐永炳;張帆;陳光海;申京受
• 申請（專利權）人: 深圳先進技術研究院
• 主分類號: H01M10/0568
• 分類號: H01M10/0568;H01M10/0525;H01M10/058
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 曹衛良

本發明提供了一種電解液和鋰離子二次電池及其制備方法，涉及電池領域。該電解液包括溶劑和兩種以上的電解質鋰鹽，其中，電解液的陽離子為鋰離子，陰離子為兩種以上具有不同半徑的離子。本發明還提供一種鋰離子二次電池，包括正極、負極以及介于正極與負極之間的隔膜和上述電解液，由于該電解液采用兩種以上具有不同半徑的陰離子，可提高陰離子在正極活性材料中的插層速度、脫嵌速度和陰離子插層數量，使得基于該電解液的鋰離子二次電池具有更高的能量密度、較為優異的倍率性能和循環穩定性，改善了現有離子電池由于采用單一電解質且電解液中陰離子半徑較大，導致電池能量密度較低、倍率性能較差及循環穩定性不好等問題。

技術領域

本發明涉及電池技術領域，尤其是涉及一種電解液和鋰離子二次電池及其制備方法。

背景技術

隨著能源危機與環境污染的不斷加劇，開發和充分利用可再生的清潔能源已刻不容緩。在此時代背景下，為了減少化石燃料使用過程的污染，科學界和產業界提出了多種儲能新模式，包括發展風、光、電可持續再生能源及新型動力電池和高效儲能系統，而二次電池一直占據舉足輕重的地位。所謂二次電池就是可充電電池，其具備可重復充放電、使用多次的能力。和普通的不可重復使用的一次電池相比，二次電池具有使用成本低、對環境污染小的優點。目前，鋰離子電池是應用最為廣泛的二次電池，大到航空航天領域的應用，比如火星著陸器、地球軌道飛行器、無人機、民航客機等航空航天器中，鋰離子電池的身影隨處可見，小到日常生活中廣泛使用的手提電腦、移動通訊、數碼設備等都把鋰離子電池作為電源。鋰離子電池(LIB)具有自放電低、比能量高、循環性能好、無記憶效應與綠色環保等優勢，是目前最具發展前景的高效二次電池和發展最快的化學儲能電源。

通常情況下，鋰離子電池的核心組成部件分為三部分：正極、負極和電解液，其電能的存儲與釋放主要是通過正極、負極與電解液界面上發生的離子傳輸和電子傳輸相分離的氧化還原反應來實現的。具體工作原理為：在充電過程中，鋰離子會從正極活性材料中脫出，經過電解液，最終嵌入負極活性材料；在放電過程中，鋰離子會從負極活性材料脫出，經過電解液而嵌入正極活性材料中。就目前而言，市場上的鋰離子電池正極活性材料主要是過渡金屬氧化物或聚陰離子型金屬化合物，負極活性材料為石墨或碳，而電解液則是以酯類電解液或聚合物凝膠為主。其中，把過渡金屬元素作為正極活性材料，具有如下缺點：其一，材料的制備成本增加；其二，在電池報廢后對環境存在巨大的潛在危害。

當前科學界和產業界正在積極努力地研發環境友好、能量密度高、成本低廉的新型二次電池技術。最近幾年新型雙離子電池引起了社會的廣泛關注。相比于傳統鋰離子電池而言，雙離子電池具有更加環保，同時電池自重和成本也大大降低的優勢。然而，目前報道的雙離子電池的電解液采用單一電解質，陰離子半徑較大，正極插層陰離子的容量不高(≤100mAh/g)，能量密度低，且倍率性能較差，極化問題嚴重；同時長期循環過程中陰離子會使正極活性材料片層發生剝離，破壞其層狀結構，導致其循環穩定性下降。

有鑒于此，特提出本發明。

發明內容

本發明的第一目的在于提供一種電解液，采用兩種以上具有不同半徑的陰離子雜化而成，該電解液可提高陰離子在電池正極活性材料中的插層速度、脫嵌速度以及陰離子插層數量，使得基于該電解液的鋰離子二次電池具有良好的能量密度、倍率性能和循環穩定性。

本發明的第二目的在于提供一種鋰離子二次電池，由于該鋰離子電池中的電解液是采用兩種以上具有不同半徑的陰離子雜化而成，可提高陰離子在正極活性材料中的插層速度、脫嵌速度以及陰離子插層數量，使得基于該電解液的鋰離子二次電池具有良好的能量密度、倍率性能和循環穩定性，改善了現有雙離子電池由于采用單一電解質且電解液中陰離子半徑較大，導致電池能量密度變低、倍率性能較差以及循環穩定性不好等問題。

本發明的第二目的在于提供一種上述鋰離子二次電池的制備方法，該制備方法具有工藝流程簡單且易于產業化應用的優點。

為了實現本發明的上述目的，特采用以下技術方案：