[发明专利]一种高安全性电解液及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种高安全性电解液及其制备方法和应用，该电解液利用氟代烷基醚中氟原子的电负性和弱极性使得离子液体和氟代烷基醚组成的混合溶剂凝固点降低、闪电升高、耐氧化性增强和对电极的润湿性也有所提高；该电解液在不损失现有的电解液高氧化性的前提下，易获得低粘度、稳定的电解质溶液；通过该电解液体系形成的界面膜稳定且导离子性强、具有较宽的电化学窗口，具有很高的安全性。

【技术领域】

本发明属于锂离子电池领域，尤其涉及一种高安全性电解液及其制备方法和应用。

【背景技术】

锂离子电池相对于其他电池由于比能量高、体积小、无维护、环境友好而受到各行业的青睐，但是目前的电子产品对电池的能量密度要求越来越高，使得目前商业化的锂离子电池很难达到要求，所以采用高压、高容量的正极材料是大势所趋，而普通锂离子池电解液在高电压下的氧化分解限制了高压锂离子电池的发展，从目前公开报道的国内外研究进展来看，在高压电解液的开发方面，引入高压添加剂一般可以获得4.4-4.5V的电解液。但是对于富锂、磷酸钒锂、高压镍锰等正极材料，由于可充电电压达到了4.8V甚至5V以上，为了提高充电电压，需要开发可耐更高电压的电解液才能获得更高的能量密度。现有技术中，一般采用高压电解液添加剂和耐高压的溶剂，其中溶剂多采用砜类和腈类溶剂，但是存在电导率小、对隔膜润湿性差的问题从而对电池性能影响很大，限制了应用。另外的解决办法就是寻找高压电解液添加剂，虽然具有用量少、性价比高的优点，但是找到使用某种体系的添加剂很难。

另一方面，虽然锂离子电池由于高能量密度和功率密度、高工作电压和无记忆效应等优点也得到广泛应用，但它们都难以满足新兴市场应用对更高能量密度二次电池的需求，尤其是混合动力交通工具(PHEV)及纯电动交通工具(PEV)等领域所需二次电池的能量密度要达到300Wh·kg^-1。目前第二代锂电池的锂金属负极和锂电池石墨负极相比具有3860mA·h/g的高容量，锂金属电池是最有希望的下一代高能量密度存储设备之一，能够满足新兴行业的严格要求。但是存在循环性能差、寿命短的问题，其中非常重要的原因就是电解液不稳定从而导致界面不稳定使得库伦效率低且不稳定，目前多采用高浓度电解液来缓解这个问题，但是循环效率和循环寿命都不太理想，所以寻找稳定的电解液使得锂金属电池循环寿命长、库伦效率高是非常重要且有意义的。

【发明内容】

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种高安全性电解液及其制备方法和应用；该电解液具有较宽的电化学窗口以及较好的耐氧化、耐高压和阻燃特性，并且该电解液应用于锂金属电池中库伦效率非常高，适合构建高压、长寿命和安全的电池体系。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种高安全性电解液，所述电解液包括溶剂和溶质，溶剂为离子液体和氟代烷基醚的混合物，溶质为锂盐，其中锂盐的浓度为0.01-2moL/L；离子液体为鎓盐阳离子和软阴离子的混合物。

本发明的进一步改进在于：

优选的，鎓盐阳离子为咪唑阳离子、季铵盐阳离子、季鏻盐阳离子、吡咯烷阳离子和哌啶阳离子中的任一种。

优选的，软阴离子为二(三氟甲基磺酰)亚胺、四氟硼锂、六氟磷锂和二(氟代磺酰)亚胺中的任一种。

优选的，溶剂中离子液体和氟代烷基醚的摩尔比为1：(0.05-4)。

优选的，氟代烷基醚的分子结构式为C_xH_yF_zO，其中X为4-10，Y为4-18，Z为4-18。

优选的，锂盐为六氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、二(三氟甲基磺酰)亚胺锂和四氟硼酸锂中的任一种。

一种上述高安全性电解液的制备方法，包括以下步骤：将离子液体和氟代烷基醚混合后形成溶剂，在溶剂中加入锂盐，锂盐在溶剂中的浓度为0.01-0.2mol/L。