一种高安全性电解液及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种高安全性电解液及其制备方法和应用，属于锂金属电池、锂离子电池储能技术领域；该高安全性电解液包括锂盐、主溶剂和共溶剂；所述主溶剂选自氟代碳酸酯及其衍生物中的至少一种；所述共溶剂选自氟代磺酸酯及其衍生物中的至少一种；该高安全性电解液能稳定锂金属负极，降低锂金属电池的极化，应用于锂金属电池及锂离子电池，在不同温度下也具有较好的循环性能；这种电解液不可燃烧，制备方法简单，在锂金属电池、锂离子电池等领域有着重要的应用前景。重要的应用前景。重要的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种高安全性电解液及其制备方法和应用


[0001]本专利技术锂金属电池、锂离子电池储能
，具体涉及一种可以稳定锂金属负极的高安全性的锂金属电池、锂离子电池用电解液。

技术介绍

[0002]安全性是制约大容量和高功率锂电池发展的关键问题。目前锂电池所用电解液多为有机碳酸酯(或醚)体系，这类有机溶液闪点较低，容易在过放、受热或泄漏等滥用条件下爆炸和燃烧，从而给电池带来安全性隐患。近年来，发展阻燃性电解液成为解决锂二次电池安全性的主要措施之一。而高安全性电解质具有天然的阻燃性能，但是高安全性电解质普遍存在与锂金属负极不兼容的问题，可充电的锂金属电池因其具有高比的容量 (3860mAhg
‑1)和最低的还原电势(
‑
3.04V)具有广阔的应用前景和巨大的发展潜力。然而，锂金属负极最主要的问题有两个，一个是体积膨胀，另一个是高反应活性导致界面不稳定的问题，其中界面问题是主要问题。作为锂金属电池的重要组成部分，电解液在改善锂金属负极的界面稳定性和抑制锂枝晶生长方面扮演着非常重要的角色。调控电解液组分是抑制锂枝晶生长和提高锂金属负极循环性能最简便、最有效的策略之一，高盐电解液成本较高，加入阻燃剂又往往需要在阻燃性能与电化学性能之间做一个平衡，因而开发低成本、不可燃烧且能实现锂金属电池高可逆稳定循环的新型电解液具有一定的现实意义。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是针对上述问题，提供一种新的共溶剂和含有共溶剂的不燃电解液配方，该电解液应用于锂电池，可显著降低锂电池的极化，提高锂电池不同温度下的循环性能。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0005]一种高安全性电解液，包括锂盐、主溶剂和共溶剂；
[0006]所述主溶剂选用A(氟代碳酸乙烯酯)及其衍生物中的至少一种；
[0007]所述共溶剂选用a(2,2,2
‑
三氟乙基甲基磺酸酯)及其衍生物中的至少一种。
[0008]进一步的，所述锂盐选用四氟硼酸锂、六氟磷酸锂、双(三氟甲基磺酸酰)亚胺锂、三氟甲基磺酸锂、双氟草酸硼酸锂、高氯酸锂、双氟磺酰亚胺锂、二草酸硼酸锂中的至少一种。
[0009]进一步的，所述氟代碳酸乙烯酯的衍生物包括但不限于B(双氟碳酸乙烯酯)、C(4
‑
三氟代甲基碳酸乙烯酯)、D(乙基三氟乙基碳酸酯)、E (甲基六氟异丙基碳酸酯)、F(双六氟异丙基碳酸酯)和G(甲基六氟异丙基碳酸酯)。分子式如下：
[0010][0011]进一步的，所述2,2,2
‑
三氟乙基甲基磺酸酯的衍生物包括但不限于b (2,2,2
‑
三氟乙基三氟甲烷磺酸酯)、c(三氟乙酰三氟甲磺酸酯)、d(六氟异丙基三氟甲烷磺酸酯)和e(九氟丁烷磺酸2,2,2
‑
三氟乙酯)。分子式如下：
[0012][0013]进一步的，所述锂盐的摩尔浓度为0.1
‑
8mol
·
L
‑1。
[0014]进一步的，主溶剂与共溶剂的体积比为10:1至1:9。
[0015]本专利技术还提供一种高安全性电解液的制备方法，包括以下步骤：
[0016]a)将主溶剂和共溶剂混合，搅拌得到混合溶剂；
[0017]b)将锂盐加入混合溶剂中，搅拌0.1
‑
48h，得到上述高安全性电解液。
[0018]上述高安全性电解液在锂离子电池及锂金属电池中进行应用。
[0019]本专利技术具有以下优点：
[0020]1)本申请所提供的高安全性电解液，避免了挥发性溶剂的使用，具有绿色环保，价格相对低廉、不可燃烧的优势。
[0021]2)本申请所提供的高安全性电解液，能在锂金属负极上形成稳定的固态电解质界面层，保护锂金属负极表面，诱导锂金属电池中锂离子的均匀沉积或溶出，有效地抑制锂金属电池中锂枝晶或“死锂”的形成，极大地提升了锂金属电池循环寿命及安全稳定性。
附图说明
[0022]图1为实施例1中制备的电解液以铜为工作电极，锂片为参比电极组装成电池的循
环伏安曲线图；
[0023]图2为实施例1及对比例1
‑
2中制备的电解液，在温度为25℃时，以磷酸铁锂为电池正极，金属锂为负极，组装成电池的恒流充放电曲线图；
[0024]图3为实施例1及对比例1
‑
2中制备的电解液，在温度为40℃时，以磷酸铁锂为电池正极，金属锂为负极，组装成电池的恒流充放电曲线图。
具体实施方式
[0025]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0026]实施例中使用扣式电池进行测试，每个电池电解液使用量为50μL。
[0027]如无特别说明，本申请的实施例中的原料均通过商业途径购买。
[0028]实施例1
[0029]配制步骤如下：
[0030](a)向烘干过后的小玻璃瓶中加入1mL主溶剂氟代碳酸乙烯酯与1mL 共溶剂2,2,2
‑
三氟乙基三氟甲烷磺酸酯(体积比为1:1)，搅拌混合得到混合溶剂。
[0031](b)在搅拌下称取0.1871g锂盐双氟磺酰亚胺锂，加入混合溶剂中，充分搅拌溶解，得到锂盐浓度为0.5M的电解液，标记为E01。
[0032]对比例1
[0033]电解液为1MLiPF6inEC
‑
DEC(体积比为1:1)，标记为C01，其自熄时间为100s
·
g
‑1。
[0034]对比例2
[0035]配制步骤如下：
[0036](a)向烘干过后的小玻璃瓶中加入1mL主溶剂氟代碳酸乙烯酯，充分搅拌。
[0037](b)在搅拌下，称取0.1871g锂盐双氟磺酰亚胺锂加入步骤(a)溶剂中，充分搅拌溶解，得到锂盐浓度为0.5M的电解液，标记为C02。
[0038]使用E01电解液，以铜为工作电极，锂片为参比电极组装成的电池进行的循环伏安测试，如图1所示，其对金属锂具有良好的电化学稳定性，金属锂可以高度可逆地进行溶解和沉积。且循环伏安曲线中，首圈在 0.9
‑
1.6V之间出现共溶剂2,2,2
‑
三氟乙基三氟甲烷磺酸酯的还原峰，且后续消失，说明引入共溶剂后，共溶剂2,2,2
‑
三氟乙基三氟甲烷磺酸酯可以分解形成稳定的SEI；且电解液E01的自熄时间为0。
[0039]使用E01、C01、C02电解液，在温度为25℃时，以磷酸铁锂为电池正极(正极活性物质面载量：10.1mg
·
cm
‑2)，负本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高安全性电解液，其特征在于，包括锂盐、主溶剂和共溶剂；所述主溶剂选用氟代碳酸乙烯酯及其衍生物中的至少一种；所述共溶剂选用2,2,2
‑
三氟乙基甲基磺酸酯及其衍生物中的至少一种。2.根据权利要求1所述的一种高安全性电解液，其特征在于，所述锂盐选用四氟硼酸锂、六氟磷酸锂、双(三氟甲基磺酸酰)亚胺锂、三氟甲基磺酸锂、双氟草酸硼酸锂、高氯酸锂、双氟磺酰亚胺锂、二草酸硼酸锂中的至少一种。3.根据权利要求1所述的一种高安全性电解液，其特征在于，所述氟代碳酸乙烯酯的衍生物包括但不限于双氟碳酸乙烯酯、4
‑
三氟代甲基碳酸乙烯酯、乙基三氟乙基碳酸酯、甲基六氟异丙基碳酸酯、双六氟异丙基碳酸酯和甲基六氟异丙基碳酸酯。4.根据权利要求1所述的一种高安全性电解液，其特征在于，所述2,2,2
‑
三氟乙基甲基磺酸酯...

【专利技术属性】
技术研发人员：董全峰，余珊珊，郑明森，范镜敏，徐攀，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：