[發明專利]一種含有飽和碳鏈結構的電解質及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202011421129.1
• 申請日: 2020-12-08
• 公開（公告）號: CN114621264A
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 俞會根;楊萌;程勇斌
• 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;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

本申請提供一種含有飽和碳鏈結構的電解質及其制備方法和應用。其中，所述電解質包括三氟化硼鹽，所述三氟化硼鹽的結構如通式Ⅰ所示。本申請提供的三氟化硼鹽作為電解質的添加劑時，在電極表面形成一層穩定的鈍化層，且其本身含M離子，在成膜過程中較少消耗電極提供的離子，因此可以顯著提高電池的首效和循環性能；當作為電解質中的鹽時，本專利提供的三氟化硼鹽具有較好的離子傳輸性、穩定的電化學性能。本申請提供的三氟化硼鹽可以應用于液態電池、固液混合電池、半固態電池、凝膠電池、準固態電池和全固態電池中，有助于提高電池的能量密度、循環穩定性、壽命。并且原料價格低廉、合成工藝簡單，具有良好的經濟效益。MF₃BS?R₁?R通式Ⅰ。

技術領域

本申請涉及電池技術領域，特別涉及一種含有飽和碳鏈結構的電解質及其制備方法和應用。

背景技術

二次電池具有高能量密度、低自放電、無記憶效應、高功率的特點，已廣泛用于各大領域，從消費電子產品、電動工具等小容量電池應用產品逐漸放大到新能源電動車、電動飛機、電動船舶、機器人等新興領域，應用領域對電池的容量和能量密度要求進一步放大，對電池材料的要求也不斷提高。

以鋰電池為例，為了提高電池的能量密度，需要使用高電壓高比容的正極材料和低電壓高容量的負極材料，如高電壓鈷酸鋰(LCO)、高鎳三元(NCM811、NCM622、NCM532和NCA)、鎳錳酸鋰(LNMO)等正極材料和金屬鋰、石墨、硅氧碳等負極材料。同時要匹配電化學窗口寬的電解質或在電極的表面形成穩定的鈍化層從而提高電池的循環穩定性。

由于固態電解質能大大提高電池的安全性，近年來很多國家也都在發展固態電池，但固態電池本身也有很大的缺點，如：聚合物電解質離子電導率低、與電極的界面阻抗相對較大；氧化物電解質較硬且較脆，不易加工且與電極之間的界面阻抗很大；硫化物電解質對空氣極其敏感、與常規氧化物正極之間存在空間電荷層，兼容性差。因此，目前市場上還是以液態電池為主，液態電解質具有導電率高、對電極內部具有良好潤濕性的顯著優勢。電池在首周會消耗部分從正極脫出的離子，在正負極顆粒表面形成只導離子、不導電子的鈍化層。形成的鈍化層對正負極產生保護作用，使正負極與液態電解質之間更加穩定，從而決定電池的充放電、存儲和循環壽命等電化學性能。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，因此不斷消耗電極中的活性離子，導致電池首周放電容量較低、容量衰減嚴重，電池很快失效。為了提高電池在循環過程中的穩定性，一般會在普通液態電解質中加入成膜添加劑，如有機成膜添加劑FEC(氟代碳酸乙烯酯)、VC(碳酸亞乙烯酯)、VEC(碳酸乙烯亞乙烯酯)、PS(亞硫酸丙烯酯)和1,3-PS(1,3-丙烷磺酸內酯)等。其中在負極表面形成的SEI鈍化膜的主要成分有各種無機成分Li₂CO₃、LiF、Li₂O、LiOH等和各種有機成分ROCOOLi、ROLi、ROCOOLi，常規有機成膜電解質添加劑中由于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。若加入的添加劑能在電極表面形成一層傳導離子、穩定性好的鈍化層，且較少消耗來自于電極的離子，那么可以將電化學窗口窄的液態電解質、聚合物電解質應用于高電壓電池體系中，且能較大提高電池能量密度和循環壽命。此外，目前商用電解質的鹽合成/提純工藝復雜、價格很高，造成整個電池的成本也比較高，若有一類新電解質的鹽合成/提純工藝簡單、價格稍低，使其部分或全部代替現有技術電解質的鹽，因而能夠兼顧優異的性能和較低的成本。

[-SBF₃]^-是一個強極性的基團，其能夠與陽離子形成鹽，因此，-SBF₃M在分子結構中具有很強的存在感，它的加入可能會改變整個分子結構的性質。在現有技術中，僅有極個別研究者對含有BF₃基團的化合物進行零星的研究。