[發明專利]一種飽和雜鏈類三元電解質及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202011376960.X
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN114573615A
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 俞會根;楊萌
• 申請（專利權）人: 北京衛藍新能源科技有限公司
• 主分類號: C07F5/02
• 分類號: C07F5/02;C07F7/08;C07F9/50;H01M10/0525;H01M10/0567
• 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

本發明涉及一種飽和雜鏈類三元電解質及其制備方法和應用，所述電解質包括以下通式I所表示的飽和雜鏈類三氟化硼鹽：R、R₁或R₄獨立地為無或含有至少一個原子的第一鏈；且R、R₁和R₄不同時為無；R、R₁、R₂、R₃或R₄中的任意一個原子上連接有?R₅?OBF₃M；R₂、R₃或R₅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；第一鏈和第二鏈均為飽和鏈；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，所述第一鏈、第二鏈以及鏈式取代基中含有至少一個非碳的雜原子。本申請中的三氟化硼鹽可作為電池中的添加劑應用，其可應用于液態電池、混合固液電池、半固態電池、凝膠電池、準固態電池、全固態電池中，效果佳。

技術領域

本發明涉及電池技術領域，具體涉及一種飽和雜鏈類三元電解質及其制備方法和應用。

背景技術

電解質是電池的重要及必要組成，電池具有高能量密度、高電壓、循環次數多、儲存時間長等優點，自從商業化以來，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性能。

目前發展的液態電池主要包括正極、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，即將高電壓高容量正極材料和低電壓高容量負極材料匹配使用；提高電池的循環性能主要是提高電解質與正負極之間形成的界面層的穩定性。

以液態鋰電池為例，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；液態電解質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電解質和醚類液態電解質，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窗口較窄，易被高電壓正極材料氧化分解，導致產氣嚴重、液態電解質逐漸耗干，電池迅速失效。目前主要有兩種解決方法，方法一是在液態電解質中加入功能添加劑，方法二是將液態電解質部分或全部被替換成固態電解質。

對于方法一，液態電解質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，抑制電極對液態電解質的分解，提高電池的放電比容量、循環壽命。但往往常規液態電解質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離子、不導電子的表面鈍化層，若形成的鈍化層不穩定，隨著循環次數的增加，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，電池依然很快失效。若將功能官能團與可以提供離子的基團結合在一起，使添加的鹽/添加劑既能在電極表面形成一層傳導離子、且穩定性好的鈍化層，且較少消耗來自于正極的離子，那么可以將電化學窗口窄的液態電解質應用于高電壓電池體系中。

對于方法二，將液態電解質被部分或全部替換成固態電解質。固態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易產生硫化氫、電化學窗口較窄、對氧化物的正極材料不穩定；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、離子遷移數低。因此目前常用的電解質依然以液態電解質或半固態電解質居多，二次電池以液態電池或半固態電池居多。鈉離子電池也存在類似問題。開發電導率較高、電化學窗口寬、離子遷移數高的單離子導體聚合物電解質也顯得尤為重要。