[發明專利]一種電解液及鋰離子電池

在審

• 申請號: 202210431121.6
• 申請日: 2022-04-22
• 公開（公告）號: CN114665157A
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 熊資峰
• 申請（專利權）人: 華鼎國聯四川電池材料有限公司
• 主分類號: H01M10/0569
• 分類號: H01M10/0569;H01M10/0525
• 代理公司: 北京智橋聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 11560
• 代理人: 陳安玥

本發明提供一種電解液及鋰離子電池，該電解液包括全氟聚醚與氟代醚作為電解液溶劑，搭配鋰鹽及添加劑組合成電解液，相對于常規碳酸酯類電解液，能顯著提高電解液的鋰離子遷移數，并且在4.5V電池體系下具有更好的循環性能，同時由于溶劑具備不可燃燒的特點，可使電解液更安全。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，具體涉及鋰離子電池電解液及電池制造。

背景技術

目前商業電解液主要以碳酸酯類有機溶劑作為電解液溶劑，碳酸酯溶劑在4.4V(Vs Li/Li+)以上電位易被氧化發生分解，造成電池產氣鼓包、電解液分解變少影響電池性能、分解產物越來越多造成電池內阻增大，造成整個鋰離子電池體系的性能下降。

全氟聚醚(PFPE)由多個—CF2—O—CF2—醚鍵組成，玻璃化溫度低，凝固點到沸點溫度極寬，具有很好的耐熱性、化學穩定性及氧化安定性和完全不燃性，常被用于潤滑劑，另外全氟聚醚為醚類對金屬鋰具有較好親和性，根據以上優點全氟聚醚作為電解液溶劑是可行的，一些專家及學者也做過一些嘗試，全氟聚醚在溶解少量鋰鹽下表現出了極高的鋰離子遷移數，但全氟聚醚分子量較大、粘度大以及溶解鋰鹽能力弱，作為溶劑的電解液離子電導率低，限制了其在電池中的應用。

目前在許多文獻及專利中，全氟聚醚并未直接作為電解液溶劑，而是作為添加劑和共聚物使用，例如在CN112072169A中涉及全固態電解質及其組合物與電極和全固態鋰離子電池，是將全氟聚醚作為共聚物，與PVDF-HFP添加鋰鹽后共混形成聚合物，提高離子電導率及薄膜力學強度，在CN109802176A中涉及電解液和含有電解液的鋰離子電池，是將全氟聚醚作為電解液添加劑使用以此改善高溫存儲性能，在電解液中僅占總質量百分比的2％以下。在CN110444811A中涉及用于鋰離子電池陽極的全氟聚醚添加劑，將全氟聚醚添加劑預處理到活性材料的表面上，在SEI層形成期間所述PFPE添加劑與電解質反應，達到改善的疏水性，抑制水擴散和HF形成的作用。

在以上技術方案中，僅將全氟聚醚作為添加劑及共聚物，而不是作為電解液主要溶劑，未能發揮其在電解液中鋰離子遷移數高、氧化電位高、不可燃燒的特點。

發明內容

傳統碳酸酯基電解液易燃、在4.4V(Vs Li/Li+)以上電位易被氧化發生分解，在電池能量密度日益提升的背景下，未來可能難以滿足高電壓電池體系(4.3V以上)的工作電壓條件和電動汽車安全性能提升的需求，并且在電動車普及的時代，人們對提高電動車性能的需求逐步提高，電池需要滿足更高的倍率放電和更快速的充電能力，提高電解液的鋰離子遷移數顯得更加迫切。

本發明將全氟聚醚與氟代醚作為電解液溶劑，搭配鋰鹽及添加劑組合成電解液，相對于常規碳酸酯類電解液，能提高電解液的鋰離子遷移數，并且該電解液能夠適用于4.4V以上工作電壓的電池體系，同時由于溶劑具備不可燃燒的特點，可使電解液更安全。

本發明提供了一種鋰離子電解液，組成包括：全氟聚醚、氟代醚、鋰鹽和添加劑，其中全氟聚醚分子量大于300，其化學結構式為式(Ⅰ):

R¹-(CF₂O)_m-(CF₂CF₂O)_n-(CF₂)_k-R² (Ⅰ)

其中式Ⅰ中，n、k和m為0～10范圍內的相互獨立的整數，R¹和R²分別可以是甲酸甲酯基(-COOCH₃)，可以是氟代甲基(-CF₃)，也可以是-OCF₃和氟原子；優選R¹和R²至少一個為甲酸甲酯基(-COOCH₃)，更優選R¹和R²均為甲酸甲酯基(-COOCH₃)。