[發(fā)明專利]一種不飽和碳鏈類電解質及其制備和應用

在審

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• 申請日: 2020-09-09
• 公開（公告）號: CN114243107A
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發(fā)明（設計）人: 俞會根;楊萌
• 申請（專利權）人: 北京衛(wèi)藍新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/0568;H01M10/0565;C07F5/02
• 代理公司: 北京智丞瀚方知識產權代理有限公司 11810
• 代理人: 白月霞

本發(fā)明涉及一種不飽和碳鏈類電解質及其制備和應用，所述電解質包括以下通式I所表示的三氟化硼鹽：在通式Ⅰ中，R或R₁獨立地為無或含有至少一個原子的第一鏈；且R和R₁不同時為無；R₂、R₃獨立地為無或含有至少一個原子的第二鏈；M為金屬陽離子；所述第一鏈和第二鏈均為碳鏈；所述第一鏈和第二鏈中的任意一個C上的H均可獨立地被取代基取代，該取代基包括H、含有至少一個原子的鏈式取代基以及環(huán)狀取代基；所述第一鏈、第二鏈以及鏈式取代基中至少含有一個不飽和鍵。本申請中的電解質創(chuàng)造性的將兩個?OBF₃M復合于一個化合物中，其可作為電解質鹽、添加劑和聚合單體，效果佳。

技術領域

本發(fā)明涉及電池技術領域，具體涉及一種不飽和碳鏈類電解質及其制備和應用。

背景技術

電解質是二次電池的重要及必要組成，鋰/鈉電池具有高能量密度、高電壓、循環(huán)次數(shù)多、儲存時間長等優(yōu)點，自從商業(yè)化以來，被廣泛應用于電動汽車、儲能電站、無人機、便攜式設備等各個方面，無論哪種應用方向，均迫切需要在保證電池安全性的前提下提高電池的能量密度和循環(huán)性能。

鋰/鈉電池主要包括正極、負極、電解質和隔膜，提高電池的能量密度就是要提高電池的工作電壓和放電容量，即使用高電壓高容量正極材料和低電壓高容量負極材料；提高電池的循環(huán)性能主要是提高電解質與正負極之間形成的界面層的穩(wěn)定性。

以鋰電池為例，目前鋰電池中，常用的正極材料包括高電壓鈷酸鋰(LCO)、高鎳三元(NCM811、NCM622、NCM532和NCA)、鎳錳酸鋰(LNMO)、富鋰(Li-rich)等；常用的負極材料包括金屬鋰、石墨、硅碳、硅氧碳等；常用的隔膜主要為聚乙烯、聚丙烯多孔膜。電解質包括液態(tài)電解質和固態(tài)電解質，液態(tài)電解質為鋰鹽和非水溶劑的混合物，按照溶劑類型分為碳酸酯類電解質和醚類電解質；固態(tài)電解質主要包括聚合物電解質、無機氧化物電解質、硫化物電解質。其中，硫化物電解質對空氣極其敏感、電化學窗口較窄、對正極不穩(wěn)定；氧化物電解質硬度太大、脆性大；聚合物電解質電化學窗口不寬、電導率低、離子遷移數(shù)低。因此目前常用的電解質以液態(tài)電解液居多，少數(shù)使用聚合物電解質。開發(fā)電導率較高、電化學窗口寬、離子遷移數(shù)高的單離子導體聚合物電解質顯得尤為重要。此外，當高電壓正極、低電壓負極匹配常規(guī)液態(tài)電解液時，在首周會消耗部分從正極脫出的鋰離子，而在正負極顆粒表面形成只導離子、不導電子的鈍化層，若形成的鈍化層不穩(wěn)定，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，鈍化層不斷破壞、形成，因此不斷消耗電池中的活性鋰離子，導致電池首周放電容量較低、容量衰減嚴重，電池很快失效。鈉離子電池也存在類似問題。

常常在電解液中加入一些添加劑來提高電池性能，如氟代碳酸乙烯酯、碳酸亞乙烯酯等，但常規(guī)電解液添加劑中常常不含可以解離的離子，只能通過消耗正極的離子來形成表面鈍化層，因此首效和放電比容均比較低。若添加的鹽/添加劑能在電極表面形成一層傳導離子、且穩(wěn)定性好的鈍化層，那么可以將電化學窗口窄的液態(tài)電解質、聚合物電解質應用于高電壓電池體系中。此外，目前商用的鋰/鈉鹽價格均非常高，造成整個電池的成本也比較高，若有一類新的鋰/鈉鹽或代替現(xiàn)有技術鋰/鈉鹽的其它鹽類能夠兼顧高性能和低成本，那么電池的價格必將大大降低。