[发明专利]一种有机系相变电解液及其应用

说明书

本发明公开了一种有机系相变电解液及其应用，其中，有机系相变电解液包括锂盐和溶剂，有机系相变电解液具有一固液转变的相变温度，充电过程中，通过控制温度能使有机系相变电解液转变为液态，由于液态电解质具有高的电导率，能够实现电池的快速充电；放电过程中，通过控制温度能使有机系相变电解液转变为固态，固态电解质能够有效的抑制放电过程中正极材料溶解，提高电池的循环性能。

技术领域

本发明属于锂基电池领域，具体涉及一种有机系相变电解液及其应用。

背景技术

锂电池使用量和生产量的大量增长促使人们对锂电池性能和成本的综合考虑。这其中正极材料对锂电池性能起着决定性的影响，且极大的影响了成本。当前众多候选材料中，锰酸锂正极和硫单质正极材料具有理论储锂容量高，价格低廉的特点，然而其使用过程还存在可逆容量低、循环稳定性差、倍率性能差等缺点。在抑制这类正极材料的容量过程中，开发新型功能性电解质是其中最有效的手段之一。

对于锰酸锂正极材料，放电过程中锰离子会溶解并在锂负极沉积；对于硫单质正极材料，在放电过程中会形成的多硫化锂溶于电解液造成所谓的“穿梭效应”。锰酸锂和硫单质正极材料的溶解现象会产生不可逆的容量损失，导致电池的循环性能和存储性能变差，阻碍了它们进一步在大功率储能设备中的应用。为了解决正极溶解问题，大量的工作投入到正极结构设计、开发固态电解质等，然而纯固态电解质限于电导率低、界面问题等，极大的限制了其应用，因此开发新型高性能电解质是实现新型高容量电池的应用的重要手段。

发明内容

为了解决或部分解决上述技术问题，本发明提供一方面提供一种有机系相变电解液，包括锂盐和溶剂，溶剂包括：第一溶剂和第二溶剂，其中，第一溶剂选自碳链长度大于10的酯类、醚类、硫醚或烯烃中的一种或多种，且第一溶剂的熔点大于30℃；第二溶剂选自熔点低于0℃的酯类或醚类；有机系相变电解液的相变温度介于10℃至50℃之间，优选地，介于15℃至25℃，更优地，为20℃。

在一些实施例中，第一溶剂包括：十二碳酸二甲酯、二十烯或十六碳硫醚中的一种或多种；和/或，第二溶剂包括：碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、乙二醇二甲醚或己酸甲酯中的一种或多种；和/或，锂盐包括：六氟磷酸锂、三氟甲磺酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂或双草酸硼酸锂中的一种或多种。

在一些实施例中，第一溶剂与第二溶剂的体积比介于6:1至1:2之间，优选为5:2至1:1之间。

在一些实施例中，锂盐的浓度介于0.1mol/L至4mol/L之间。

在一些实施例中，有机系相变电解液在液体状态时的电导率介于10^-3至10^-2S cm^-1，在固态时电导率介于10^-5至10^-3S cm^-1。

本发明另一方面还提供一种锂基电池，包括金属锂电池或锂离子电池，含有上述的有机系相变电解液。

本发明再一方面还提供一种有机系相变电解液的锂基电池的充放电方法，有机系相变电解液具有一相变温度，相变温度介于10℃至50℃之间，优选介于15℃至25℃，更优为20℃；充放电方法为：充电过程中，通过控制温度能使有机系相变电解液转变为液态；放电过程中，通过控制温度能使有机系相变电解液转变为固态。

在一些实施例中，充电过程中，控制环境的温度高于相变温度10℃至20℃，放电过程中，控制环境的温度低于相变温度5℃至10℃；或充电过程中，控制电池的温度高于相变温度，放电过程中，控制电池的温度低于相变温度。