[發明專利]一種不飽和碳鏈類硫基電解質及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202011495780.3
• 申請日: 2020-12-17
• 公開（公告）號: CN114649579A
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 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: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/42;H01M10/0567;H01M10/0568;H01M10/0569
• 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

本發明涉及一種不飽和碳鏈類硫基電解質及其制備方法和應用，所述電解質包括以下通式I：在通式Ⅰ中，R或R₁獨立地為無或第一鏈；R₂、R₃獨立地為無或第二鏈；M為金屬陽離子；第一鏈和第二鏈均為碳鏈；第一鏈和第二鏈上可連接取代基；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。該三氟化硼鹽在電解質中既可作為添加劑應用又可作為鹽應用，對于可聚合的單體，聚合后還可作為單離子導體聚合物電解質兼高分子骨架應用。本申請提供的三氟化硼鹽可以應用于液態電池、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。

技術領域

本發明涉及電池技術領域，具體涉及一種不飽和碳鏈類硫基電解質及其制備方法和應用。

背景技術

由于便攜式電子設備的廣泛應用和電動汽車的日益普及，二次電池在過去幾十年中受到了廣泛的關注。高能量密度的二次電池在手機、便攜式電子產品和電動汽車中占據了很大的市場，然而，未來大規模儲能等的需求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，需要提高電池的工作電壓和放電容量，使用高電壓高容量正極材料和低電壓高容量負極材料；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。

電解質主要包括液態電解質和固態電解質。盡管目前商用的電池主要采用液態電解質，其具有導電率高、在電極表面具有良好潤濕性的顯著優勢，但由于液態電解質存在漏泄、易揮發、易燃性和熱穩定性不足等缺點，使其發展面臨瓶頸。固態電解質是解決或減輕這些問題的一種很有前途的選擇，與液體電解質相比，固態電解質具有更高的安全性和熱穩定性。此外，由于固態電解質能有效抑制鋰枝晶的形成，使得應用金屬鋰負極成為可能。盡管固態電解質具有顯著的優勢，但仍存在一些不足。如聚合物電解質離子電導率低；氧化物電解質硬度太大、脆性大、電解質-電極界面阻抗較大；硫化物電解質加工處理難度高、成本高、界面阻抗大、對空氣及其敏感等問題，制約了其廣泛應用。

在電池中，當高電壓正極、低電壓負極匹配常規電解質時，在首周會消耗部分從正極脫出的離子，而在正負極顆粒表面形成只導離子、不導電子的鈍化層。形成的鈍化層對正負極產生保護作用，使正負極與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，因此不斷消耗電池中的活性離子，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，如在負極表面形成的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)。常規成膜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。若添加的鹽/添加劑能在電極表面形成一層傳導離子、且穩定性好的鈍化層，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。