[发明专利]电解液、电解质、聚合物电解质，其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种电解液、电解质、聚合物电解质，其制备方法与应用。本发明中的LiPBFO电解液的制备方法，包括以下步骤：保护气体保护下，有机溶剂中，磷酸锂、氟化锂与三氟化硼气体反应，即可；其中，氟化锂与磷酸锂的质量比为0.01:1～5:1，三氟化硼与磷酸锂的质量比为0.8:1～13:1。本申请的电解质电导率高、价格低廉，且其制备方法简单。

技术领域

本发明涉及一种电解液、电解质、聚合物电解质，其制备方法与应用。

背景技术

锂电池最早是由爱迪生发明的一类由锂金属和锂合金为负极材料，使用非水电解质溶液的电池。由于锂金属非常活泼，因此它的适用性受到了很多限制。随着科学技术的发展和进步，锂电池的种类也随之增多，现阶段锂电池的种类主要有以下几种：含有金属锂的电池、含有锂合金的电池、锂离子、锂聚合物电池。锂电池具有自身薄、体积小、重量轻和容量大等特点。

锂离子电池在充放电过程中，电解质溶液或聚合物凝胶电解质在其中起着重要的作用，架起了连接正、负电极的桥梁。电池电解质自身的性质对电池的影响很大，选好电解质是获得高容量、长循环寿命和良好安全性能的关键。锂离子电池电解质必须满足以下性质：1、电解质盐在有机溶剂中有较高的溶解度或者容易与高分子单体形成聚合物凝胶电解质，易于解离，在电解液中具有较高的电导率；2、具有良好的化学稳定性(不与电极活性物质等发生反应)，也具有较宽的电化学稳定性窗口，以及良好的热稳定性(最好在-40～60℃范围内稳定性好)；3、绿色环保，分解产物对环境危害小；4、成本低，易于制备。

目前常用的锂离子电池电解质溶液是线型与环状碳酸酯混合溶剂与六氟磷酸锂组成的混合溶液。六氟磷酸锂最早是由美国著名氟化学家J.H.Simmons在20世纪50年代制备出来的(Simmons J.H.Fluorine chemistry[M].New York：Academic Press Inc，1950：164.)，具有良好的离子电导率和电化学稳定性，且废旧电池处理简单，对生态环境影响小，是当今锂离子电池首选的电解质材料。国内外对六氟磷酸锂的合成进行了大量的研究，合成方法归纳为以下四类：1、气-固反应法；2、HF溶剂法；3、配合物法；4、溶液法。目前，国内外合成六氟磷酸锂工艺主要是HF溶剂法，其工艺：无水氟化氢与五氯化磷反应生成五氟化磷和氯化氢，氯化氢用工业稀盐酸吸收；再将五氟化磷通入氟化锂的氟化氢溶液，生成产品六氟磷酸锂([1]罗斗灿，禹炳元，朴淳弘等CN99122984.3[P].2000-08-16；[2]TokunagaAtsushi，Kawashima Tadayuki,et.a1.JP11171518[P].1997-08-12)。

目前广泛使用的锂电池电解质材料六氟磷酸锂有如下四个方面的缺点：

一、六氟磷酸锂的热稳定差，即使是纯的六氟磷酸锂在30℃就会缓慢分解，分解产物五氟化磷会和溶剂作用，生成二氧化碳，对电池极为不利；

二、六氟磷酸锂对水非常敏感，10ppm的水就会使其分解，分解产物会和溶剂形成醇，且第一次充放电时会消耗负极的锂离子(Li⁺)，使不可逆容量增大，同时产生的氢气对电池也极为不利，存在安全隐患。

三、产品中残留或水解生成的氟化氢对六氟磷酸锂的水解会起到促进的作用；

四、作为电解质的六氟磷酸锂要求纯度高、游离酸与水份低，但由于本身极易吸潮分解，因此生产难度大，对原材料及设备要求苛刻，属典型的高科技、高危生产环境、高难度生产的“三高”技术产品，导致采用六氟磷酸锂为材料的锂电池电解质成本高。

鉴于上述缺点，目前采用六氟磷酸锂为电解质的锂电池主要用于小型的移动电源，而随着动力电池的发展，要求电池有更大的容量、更高的充放电效率、更高的安全性、适应在电动汽车上使用，人们在不断的开发新型电解质材料，锂电池电解质材料开发主要集中在如下的三个方面：