[发明专利]一种锂电池非燃电解液及其应用

说明书

本发明提供了一种锂电池非燃电解液，包括有机溶剂、锂盐和添加剂，所述有机溶剂包括溶剂A和溶剂B，所述溶剂A为与锂离子具有较强配位能力的磷酸酯类溶剂，所述溶剂B为与锂离子具有较弱配位能力的共溶剂，所述添加剂为成膜添加剂，通过在高配位数的磷酸酯类溶剂中引入低配位数溶剂，使得锂离子的第一溶剂化壳层中出现配位个数不满的情况，从而将阴离子引入锂离子的溶剂化结构中，形成富阴离子的离子‑溶剂络合结构，有效地提高了电解液的LUMO能级和还原稳定性，电解液整体还保持有磷酸酯类溶剂的非燃属性，有效保证了电池的安全性；本发明还提供该电解液的应用，可将其与合适的正极、负极组装成高高安全性锂电池。

技术领域

本发明涉及一种锂电池电解液，具体涉及一种锂电池非燃电解液及其应用。

背景技术

锂电池是当前最先进的一类化学电源技术，具有工作电压高、能量密度和功率密度高、循环寿命长等突出优点，目前已经占据了便携式电子产品电源和电动汽车电源的主要市场，并逐渐向电力储能领域渗透。

锂电池本征安全性差主要源于商用碳酸酯电解液闪点和沸点较低，易燃易爆，安全性能极差，加之为了追求高能量密度，电池均采用高容量电极材料(高镍型三元正极、高压钴酸锂正极、硅碳负极、锂金属负极等)，这些材料热稳定性差，导致电池的安全隐患进一步加剧。

磷酸酯类化合物具有粘度低、介电常数较高、成本低廉、不可燃烧等特性，但是，磷酸酯类电解液与常用电池负极(石墨负极或锂金属负极、硅碳负极) 完全不兼容，虽然前人通过设计高摩尔比(溶质/溶剂)磷酸酯电解液初步解决了其与负极的兼容问题，但高摩尔比电解液粘度高、成本不菲，依然难以规模化应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种锂电池非燃电解液，仍保持有磷酸酯类溶剂的非燃属性，有效保证了电池的安全性，同时在应用中表现出了优异的电化学稳定性和优秀的循环性能。

本发明是这样实现的：

本发明提供一种包括有机溶剂、锂盐和添加剂，所述有机溶剂包括溶剂A 和溶剂B，所述溶剂A为与锂离子具有较强配位能力的磷酸酯类溶剂，所述溶剂B为与锂离子具有较弱配位能力的共溶剂，所述添加剂为成膜添加剂。

非燃性的磷酸酯类溶剂与锂离子配位能力强，会在锂离子的第一溶剂化壳层中形成一种没有阴离子参与的四配位结构，在这种结构中，由于锂离子去溶剂化需要得到电子，导致与其配位的溶剂分子周围的电子云密度下降，溶剂分子则会吸引负极周围的电子并被还原，发生所谓的共嵌入现象。本发明通过在高配位数的磷酸酯类溶剂中引入低配位数溶剂，使得锂离子的第一溶剂化壳层中出现配位个数不满的情况，从而将阴离子引入锂离子的溶剂化结构中，形成富阴离子的离子-溶剂络合结构，有效地提高了电解液的LUMO能级和还原稳定性，在低锂盐浓度下实现了与石墨负极(或锂金属负极、硅碳负极)的兼容。

与此同时，加入的添加剂可以参与负极表面SEI膜的形成，改善其组成结构，进一步提升负极的循环稳定性，该电解液仍然保持有磷酸酯类溶剂的非燃属性，有效保证了电池的安全性。

进一步地，所述溶剂A的含量占电解液总质量的30％～70％，所述溶剂B 的含量占电解液总质量的20％～60％，锂盐的含量占电解液总质量的5％～20％，添加剂的含量电解液总质量的0.1％～5％。

进一步地，所述溶剂A为甲基膦酸二甲酯、甲基膦酸二乙酯、磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三丙酯、磷酸三丁酯、磷酸三戊酯、磷酸三己酯、磷酸三辛酯、磷酸三苯酯、磷酸三甲苯酯、磷酸三(1,3-二氯丙基)酯、磷酸三(2-氯乙基)酯、三(2，2，2-三氟乙基)磷酸酯中的一种或多种。

进一步地，所述溶剂B为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、2，2， 2-三氟乙基甲基碳酸酯、甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、二氟乙酸乙酯、二氟氯乙酸乙酯、二氟溴乙酸乙酯、2-硝基乙酸乙酯中的一种或多种。