[发明专利]适用于嵌入、转化型锂电池的双功能电解液、制备方法和包含其的锂电池

说明书

本发明涉及适用于嵌入、转化型锂电池的双功能电解液、制备方法和包含其的锂电池。所述电解液由多元醚类离子液体分散于氟代醚类溶剂中组成。多元醚类离子液体的阳离子是一种锂离子螯合物，由于不存在游离态醚或碳酸酯，有效防止了与石墨或多硫离子的副反应，从而可同时适用于嵌入型电极材料和转化型电极材料，通过引入氟代醚降低了电解液粘度，同时不影响电解液的电化学稳定性与热稳定性，首次充电效率高达80％以上，且循环100周后比容量几无损失。且具有良好的阻燃效果，改善电解液高温性能及安全性，使转化型电极材料与嵌入型电极材料联用、提高电池能量密度、降低电池成本成为可能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池电解液技术领域，尤其涉及适用于嵌入、转化型锂电池的双功能电解液、制备方法和包含其的锂电池。

背景技术

近年来，随着新能源汽车产量的快速提升，车用锂动力电池的需求持续爆发，从近5年的出货量趋势来看，2014年前我国动力电池出货量一直低于1GWh，2014年首次突破了3GWh，市场开始进入快速增长期，2016年达到了29.8GWh，比2015年增加近一倍。这与我国新能源汽车市场的发展趋势密切相关。

续航里程、安全性和价格是新能源汽车快速推广的决定性因素，电池目前占到新能源汽车成本的1/3～1/2，如何在保障安全性的同时提升电池能量密度、降低成本成为研究单位、厂商最为关注的问题。锂硫电池作为一种新兴的储能器件，具有能量密度高、原料廉价易得且储量丰富的特点，近8年来获得了快速的发展，如美国Sion Power公司已经制备得到了能量密度在350Wh/kg以上的锂硫软包电池，并在无人机、电动汽车等领域试用，有效延长了巡航/续航里程。尽管如此，锂硫电池离实际应用还有一定的距离，主要原因包括：安全性较差，醚类电解液闪点低、易挥发、安全性差，造成电池无法适应高温(如50℃)工作环境；硫电极压实密度低，电池整体能量密度受限。将锂离子电池正极材料与硫混用，是提高电极压实密度、从而提升电池能量密度的有效措施，然而由于醚类电解液除本身固有的闪点低等缺点外，还存在与Li⁺共嵌入石墨、造成石墨剥层、粉化等问题，此外其耐氧化性也较差，因此不能应用于锂离子电池；锂离子电池常用的碳酸酯类电解液也不能应用于锂硫电池体系：充放电过程中产生的多硫离子易与碳酸酯类反应，发生不可逆转变。因此，电解液成为了嵌入型电极材料与硫联用的瓶颈。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种同时适用于嵌入\转化机理锂电池的双功能离子液体电解液及其制备方法。

第一方面，本发明提供了一种适用于嵌入、转化型锂电池的双功能电解液，所述电解液由多元醚类离子液体分散于氟代醚类溶剂中组成。

优选地，所述醚类离子液体的阳离子由锂离子和中性多元醚分子螯合组成，即，全部多元醚处于与Li⁺的螯合状态，不存在自由多元醚分子。其中所述中性多元醚分子中包括两个以上含孤对电子的原子。

优选地，所述中性多元醚的分子量为300以下，例如266.33、222.28、178.23或134.19等。此类多元醚即具有较高的闪点及较宽的液程，也有较低的粘度，以保障电解液性能。

优选地，所述中性多元醚分子的结构式为其中R₃、R₄各自独立地选自C原子数为1或2的烷基或氟代烷基，n为大于0的整数。

优选地，所述含孤对电子的原子与锂离子的摩尔比≥2:1，以保障有充足的孤对电子与锂离子发生螯合作用，例如2:1、2.2:1、2.5:1、2.8:1、3:1、3.5:1、4:1、4.5:1、5:1等。