[發(fā)明專利]一種含有不飽和碳鏈類的三元電解質(zhì)及其制備和應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011376938.5
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN114573614A
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 俞會(huì)根;楊萌
• 申請（專利權(quán)）人: 北京衛(wèi)藍(lán)新能源科技有限公司
• 主分類號: C07F5/02
• 分類號: C07F5/02;H01M10/0525;H01M10/0567;C08F130/06;C08F138/00;C08F136/14;C08F136/20
• 代理公司: 北京智丞瀚方知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11810
• 代理人: 白月霞

本發(fā)明涉及一種含有不飽和碳鏈類的三元電解質(zhì)及其制備和應(yīng)用，所述電解質(zhì)包括通式I所表示的三氟化硼鹽：在通式Ⅰ中，R、R₁或R₄獨(dú)立地為無或含有至少一個(gè)原子的第一鏈；且R、R₁和R₄不同時(shí)為無；R、R₁、R₂、R₃或R₄中的任意一個(gè)原子上連接有?R₅?OBF₃M；R₂、R₃或R₅獨(dú)立地為無或含有至少一個(gè)原子的第二鏈；M為金屬陽離子；第一鏈和第二鏈均為碳鏈；第一鏈和第二鏈中的任意一個(gè)C上的H均可獨(dú)立地被取代基取代，所述第一鏈、第二鏈以及鏈?zhǔn)饺〈兄辽俸幸粋€(gè)不飽和鍵。本申請中的三氟化硼鹽可作為電池中的添加劑和聚合物電解質(zhì)中的聚合單體，其可應(yīng)用于液態(tài)電池、混合固液電池、半固態(tài)電池、凝膠電池、準(zhǔn)固態(tài)電池、全固態(tài)電池中，效果佳。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種含有不飽和碳鏈類的三元電解質(zhì)及其制備和應(yīng)用。

背景技術(shù)

電解質(zhì)是電池的重要及必要組成，電池具有高能量密度、高電壓、循環(huán)次數(shù)多、儲(chǔ)存時(shí)間長等優(yōu)點(diǎn)，自從商業(yè)化以來，被廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能電站、無人機(jī)、便攜式設(shè)備等各個(gè)方面，無論哪種應(yīng)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。

目前發(fā)展的液態(tài)電池主要包括正極、負(fù)極、電解質(zhì)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，即將高電壓高容量正極材料和低電壓高容量負(fù)極材料匹配使用；提高電池的循環(huán)性能主要是提高電解質(zhì)與正負(fù)極之間形成的界面層的穩(wěn)定性。

以液態(tài)鋰電池為例，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(fù)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；液態(tài)電解質(zhì)為非水溶劑與鋰鹽的混合物，按照溶劑類型分為碳酸酯類液態(tài)電解質(zhì)和醚類液態(tài)電解質(zhì)，鹽主要包括六氟磷酸鋰、高氯酸鋰、雙(三氟甲基)磺酰亞胺鋰、雙氟草酸磷酸鋰等。碳酸酯類和醚類溶劑電化學(xué)窗口較窄，易被高電壓正極材料氧化分解，導(dǎo)致產(chǎn)氣嚴(yán)重、液態(tài)電解質(zhì)逐漸耗干，電池迅速失效。目前主要有兩種解決方法，方法一是在液態(tài)電解質(zhì)中加入功能添加劑，方法二是將液態(tài)電解質(zhì)部分或全部被替換成固態(tài)電解質(zhì)。

對于方法一，液態(tài)電解質(zhì)中添加一些功能添加劑，如氟代碳酸乙烯酯、碳酸亞乙烯酯等，首周充放電過程中在電極表面形成一層鈍化層，抑制電極對液態(tài)電解質(zhì)的分解，提高電池的放電比容量、循環(huán)壽命。但往往常規(guī)液態(tài)電解質(zhì)添加劑中不含可以解離的離子，只能通過消耗正極的離子來形成只導(dǎo)離子、不導(dǎo)電子的表面鈍化層，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(dǎo)致電池首周放電容量較低、容量衰減嚴(yán)重，電池依然很快失效。若將功能官能團(tuán)與可以提供離子的基團(tuán)結(jié)合在一起，使添加的鹽/添加劑既能在電極表面形成一層傳導(dǎo)離子、且穩(wěn)定性好的鈍化層，且較少消耗來自于正極的離子，那么可以將電化學(xué)窗口窄的液態(tài)電解質(zhì)應(yīng)用于高電壓電池體系中。

對于方法二，將液態(tài)電解質(zhì)被部分或全部替換成固態(tài)電解質(zhì)。固態(tài)電解質(zhì)主要包括聚合物電解質(zhì)、無機(jī)氧化物電解質(zhì)、硫化物電解質(zhì)。其中，硫化物電解質(zhì)對空氣極其敏感易產(chǎn)生硫化氫、電化學(xué)窗口較窄、對氧化物的正極材料不穩(wěn)定；氧化物電解質(zhì)硬度太大、脆性大；聚合物電解質(zhì)電化學(xué)窗口不寬、電導(dǎo)率低、離子遷移數(shù)低。因此目前常用的電解質(zhì)依然以液態(tài)電解質(zhì)或半固態(tài)電解質(zhì)居多，二次電池以液態(tài)電池或半固態(tài)電池居多。鈉離子電池也存在類似問題。開發(fā)電導(dǎo)率較高、電化學(xué)窗口寬、離子遷移數(shù)高的單離子導(dǎo)體聚合物電解質(zhì)也顯得尤為重要。