[发明专利]一种有机微乳电解液及其制备方法和基于该电解液制备的锂离子电池

说明书

本发明公开了一种有机微乳电解液及其制备方法和基于该电解液制备的锂离子电池。所述有机微乳电解液为均一稳定的有机微乳溶液，包括极性相、非极性相和调节剂；所述极性相包括锂盐和极性有机溶剂；所述非极相为非极性有机溶剂；所述调节剂为具有非极性端和极性端的表面活性剂。在本发明中的微乳电解液不仅具备含锂盐有机电解液的性能，而且非极性溶剂稀释剂的存在能够降低锂盐的浓度且极大的降低电解液的粘度和浸润性，为电解液组成和功能的设计提供了多样性，且可发挥不同组分的功能性(非燃、耐高压、高稳定等)。本发明的微乳电解液极大地扩展了锂离子电池电解液的溶剂选择范围。本发明也可用于其他离子电池电解液体系。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种有机微乳电解液及其制备方法和基于该电解液制备的锂离子电池。

背景技术

在目前的锂离子电池领域，主要使用的电解液体系是基于碳酸酯的电解液。随着对于锂离子电池能量密度需求的提升以及锂离子电池正负极材料的发展，碳酸酯类电解液已经无法满足目前锂离子电池新材料体系对于电解液的需求。首先，碳酸酯的高电压稳定性较差，导致其与新型的高镍三元正极材料的兼容性很差：高镍三元具有高的催化活性，会催化碳酸酯电解液的不断分解，导致电池产气、内阻增大、容量迅速衰减等问题。此外，碳酸酯电解液还与具有更高比容量的硅负极、锂金属负极等的兼容性很差，会导致低的循环效率和很快的容量衰减。另一方面，目前碳酸酯电解液中必不可少的成分碳酸乙烯酯(EC)具有很高的熔点(约38℃)，非常不利于锂离子电池的低温充放电。因此，发展新型的电解液体系以适应目前锂离子电池的新型材料体系以及实现锂离子电池更多的功能性需求是必不可少的。

最近，高浓度锂盐电解液独特的电化学稳定性引起了研究者的广泛关注。通常当电解液的锂盐浓度大于3mol/L时，电解液会展现出不同寻常的氧化稳定性以及还原稳定性，能够实现与高镍三元正极、硅基负极等的良好兼容。高浓度锂盐电解液的发展极大的提高了电解液与新型材料体系的兼容性，同时也大大扩展了电解液溶剂的选择范围，且赋予了锂离子电池更好的安全性。尽管高浓度锂盐电解液具有诸多优点，其极高的锂盐浓度所带来的低电导、高粘度和高成本等问题阻碍了其商品化的应用。因此，要想将高浓度锂盐电解液在实际的电池体系中应用，就必须降低锂盐的浓度从而解决上述问题。

通过在高浓度锂盐电解液中加入氟醚稀释剂制备局部高浓度电解液是一种有效降低锂盐浓度的方式。但是遗憾的是，几乎仅有氟醚这样的溶剂能够作为稀释剂来稀释高浓度锂盐电解液，其它类型的非极性溶剂由于具有过低的表面张力而无法与高浓度锂盐电解液互溶。因此，需要寻找一种新的方案，进一步扩展锂离子电池电解液溶剂的选择范围，增加电解液的适用范围。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种有机微乳电解液及其制备方法和基于该电解液制备的锂离子电池。本发明通过加入表面活性剂以降低极性相和非极性相的界面张力，使之互溶。所制备有机微乳电解液的方式能够大大扩展电解液溶剂的选择范围，从而制备出更多具有低锂盐浓度且兼具高稳定性的电解液，并可以制备获得具有高低温性能或安全性能以及其他特殊用途的电解液。

为达到上述目的，本发明采用技术方案如下：

本发明第一方面提供一种高稳定的有机微乳电解液，所述有机微乳电解液为均一稳定的有机微乳溶液，包括极性相、非极性相和调节剂；

所述极性相包括锂盐和极性有机溶剂；所述极性有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、乙腈、丙腈、环丁砜、N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜中的一种或多种；

所述非极相为非极性有机溶剂；

所述调节剂为具有非极性端和极性端的表面活性剂；所述非极性端能够与非极性溶剂相连接，所述极性端能够与锂离子络合，以使得极性相和非极性相形成微乳溶液。

进一步，所述锂盐选自六氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂、三氟甲基磺酸锂、高氯酸锂和二氟草酸硼酸锂中的一种或多种。