[发明专利]一种高盐浓度非水电解质及其用途

说明书

技术领域

本发明属于电池技术领域。特别涉及锂(钠)二次电池用的非水电解质。

背景技术

随着我们全面步入21世纪，人类社会以前所未有的速度迅猛发展，人类在享受先进文明诸多好处的同时也不得不面对诸如化石燃料资源日益枯竭，全球温室效应日趋明显所产生的能源环境危机，这也迫使人类必须彻底改变能源消耗模式，大力发展可再生清洁能源。

自1990年日本索尼公司成功开发锂离子电池以来，锂离子电池由于具有工作电压高(3.6V)、能量密度高、无记忆效应、自放电小和循环寿命长等优异性能，在移动电话、摄像机、笔记本电脑等便携式电子装置上获得了广泛应用。

近年来，电动汽车动力电池研究开发工作也逐渐转向了大容量、高能量密度的锂二次电池上；锂(钠)二次电池也有望应用在太阳能、风能的大规模储能上。而且，随着锂(钠)二次电池应用领域的扩大，十分期待着电池循环特性和电池特性能进一步得到提高。

目前在锂(钠)二次电池中使用的传统非水电解质主要是锂盐浓度低于2mol/L的有机非水电解质，且以LiPF₆为锂盐最为常见，而溶解主要以非水碳酸酯类为主。并未采用更高的锂盐浓度的主要原因是一方面是现有锂盐LiPF₆在有机碳酸酯类溶解中溶解度有限，很难达到本专利所述的锂盐浓度范围，且随着锂盐浓度的升高，电解液的电导率会有一个升高后降低的过程，粘度会不断加大，导致电池极化增大，性能恶化。因此，目前商用二次电池采用的体系主要是1mol/L LiPF₆溶解于有机环状和链状碳酸酯混合溶解中。传统的非水电解质存在如下缺点：

1、低热稳定性和高低挥发性

由于溶解锂盐较少，大部分有机溶解处于自由溶剂状态，挥发严重，且热稳定性较差。

2、安全性差

电池的安全性能是锂(钠)离子电池实现商业化的前提，而导致目前锂(钠)离子电池安全性能的问题主要是商用电解液中有机溶剂本身为易燃烧物质，特别是在某些特殊极端环境条件下或电池内部故障导致短路过充条件下会导致电池自燃甚至爆炸，使得锂(钠)离子电池存在较大安全隐患。理论上讲如果将所有锂(钠)离子电池中的可燃物质用非可燃物质代替将会彻底地解决安全性能问题，但目前而言，液体可燃商用电解液体系仍无法得到全面替代。

3、电化学窗口及铝箔腐蚀性能

在某些电解体系中，有时会发生锂(钠)盐对集流体的腐蚀，从而限制了该种类盐的应用。例如，对于有机锂盐LiTFSI二(三氟甲基磺酰)亚胺锂，由于其在充电过程中3.6V以上发生分解且对铝箔有较强腐蚀作用，从而限制了其在锂离子电池中广泛应用。

4、锂(钠)枝晶

目前，采用金属锂(钠)作为负极的电池体系普遍存在安全性能问题，主要原因在于由于充放电过程中锂(钠)片表面会产生树状锂(钠)枝晶现象，从而导致电池内部短路，易产生安全事故。

发明内容

本发明的目的是提出一种高盐浓度非水电解质，并且将其应用于锂(钠)离子电池体系当中，从而降低了溶剂挥发性，提高了热稳定性，减少了可燃性有机溶剂使用量，在一定程度上提高了电池的安全性能。此外，随着锂盐浓度的升高，有机锂盐对集流体的腐蚀作用以及锂枝晶的生长均得到有效抑制，从而进一步提高了电池安全性能。

本发明提供的一种高盐浓度非水电解质，包括锂盐和非水有机溶剂，所述锂盐的浓度为2～10mol/L。

优选地，所述非水有机溶剂选自醚类，砜类、碳酸酯类、羧酸酯及其混合物。

优选地，所述锂盐包括无机锂盐和有机锂盐及其混合物。

优选地，所述锂盐也可以为钠盐。

优选地，上述的高盐浓度非水电解质应用于锂或钠电池体系当中。

本发明所选锂(钠)盐加入量在摩尔比，重量比或体积比中其一方面或多方面均大于溶剂加入量，从而实现在该非水电解质体系中，锂(钠)盐占主导地位，由此利用该体系特有的电化学性能，用于电池体系中。

本发明具有以下显著的优点：

1、高热稳定性和低挥发性

由于高浓度锂(钠)盐的加入，使得大量游离的有机溶剂分子与溶剂化的锂(钠)盐实现了有效络合从而大大降低了可挥发的有机分子，从而降低了电解液的挥发性，提高了电池热稳定性。

2、高安全性

本电解液体系，通过提高电解液中不燃物锂(钠)盐在整个体系中比重，可以降低单位电解液的燃烧时间，从而在一定程度上提高了电池的安全性能。

3、电化学窗口及铝箔腐蚀性能