[发明专利]一种耐高压高安全性且适配三元高镍低钴正极材料离子液体电解液的制备方法及应用

说明书

一种耐高压高安全性且适配三元高镍低钴正极材料离子液体电解液的制备方法及应用，属于锂离子电池技术领域，所述方法包括偕二氟代吡咯前体经化学反应得到离子液体，再依次与锂盐、碳酸酯类和添加剂混合得到适配高压环境的不燃离子液体电解液。这种选择性将偕二氟引入吡咯分子骨架上，极大降低了离子液体的熔点和黏度；提升了电解液的不燃性，避免了电解液腐蚀集流体的问题。不但可以发挥离子液体宽电化学窗口的优势，而且偕二氟代可以提高电解质与电极材料之间的相容性，解决了离子液体电解液与高镍低钴三元电极材料适配不佳的问题。此外，本发明制备得到的离子液体电解液具备高压条件下极高的循环稳定性以及优异的容量保持率。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种耐高压高安全性且适配三元高镍低钴正极材锂离子液体电解液的制备方法及应用。

背景技术

随着人类对化石类不可再生能源的需求不断提升，高效的能量转化与储存技术成为新能源发展的关键。近年来电动汽车市场持续火爆，其核心部件电池也是水涨船高，因此也促进了科研工作者对具有高比容量、高安全性和低成本的电极材料的深入研究。其中主流电池—三元锂电池需求量继续增长。钴作为三元锂电池的正极材料之一，由于其稀缺性已然成为战略性的稀有金属资源，全球66％的钴资源都产自刚果金，由于价钱不断攀升，成为新能源电动汽车发展的障碍。因而，我国很多动力电池企业也都在规划高镍三元电池，这也使正极材料容量提高的同时降低了生产加工成本。高镍三元正极材料具有比容量高、成本低及安全性相对较好的优点，被认为是最具前景的高比能锂离子电池正极材料之一。然而，随着三元层状材料中镍含量提高，其循环稳定性和热稳定性显著下降，尤其是在高压条件下，阳离子混排、结构退化、微裂纹、表面副反应的问题更为突出。同时随着电池能量密度的不断提升，电池的安全性问题也显得尤为突出。2022年特斯拉汽车发生多起起火事故，这些事故均与电池电解液有关，因而开发耐高压适配高镍低钴的安全性电解液来解决上述问题也变得非常有意义。作为高安全性电解质材料，离子液体具有不燃、耐高压的特点。因此，开发适配高镍低钴的离子液体基电解液是一条符合当下储能要求的创新性思路。

发明内容

本发明的目的是为了解决常规离子液体电解液与高压、高容量的三元高镍低钴正极材料相容性不佳，商业电解液安全性差等问题，提供一种耐高压高安全性且适配三元高镍低钴正极材料离子液体电解液的制备方法及应用，该方法通过偕二氟取代烷基的策略合成了功能化的氟代吡咯类离子液体，扩大了电解液的电化学窗口，增加了电解液在高压环境下的耐受性以及不燃性，规避了电解液对集流体的腐蚀性，保证了高镍三元材料可以正常发挥其高容量的特性，同时又兼具较高的循环稳定性。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种耐高压高安全性且适配三元高镍低钴正极材料离子液体电解液的制备方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一：偕二氟代吡咯前体经化学反应得到侧基长度可调的功能基团偕二氟代吡咯离子液体；

步骤二：将上述离子液体依次与锂盐、碳酸酯类和添加剂混合，搅拌均匀即可。

进一步地，步骤一中，所述偕二氟代吡咯离子液体的阳离子具有式(1)所示结构：

其中，G₁和G₂为氢、醚基、烷氧基、氰基、烯基、炔基、羧基、酯基、卤素、杂环基、芳香基、烷基、碳酸酯基中的一种；所述G₁和/或G₂的氢可被杂原子(如S、P、N、F)取代，其中，烷基和醚基的氟化可部分或全部取代。

进一步地，步骤一中，所述化学反应用到的溶剂为水、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、二甲基亚砜、四氢呋喃、正己烷、正庚烷、环己烷、二氯甲烷、三氯甲烷、苯、甲苯、二甲苯、乙腈、丙腈、1,3-二氧戊环、丙酮、乙醚、无水乙醇、碳酸甲乙酯、吡咯中至少一种。