本發(fā)明涉及鋰電池，具體涉及一種高電壓高安全全氟電解液及使用該電解液的鋰離子電池。

背景技術(shù)：

1、電解液是鋰離子電池的核心材料之一，它與鋰離子電池的安全性、能量密度、倍率性能、循環(huán)壽命、存儲(chǔ)性能以及生產(chǎn)成本等息息相關(guān)，電解液體系的優(yōu)化也受到研發(fā)人員的廣泛關(guān)注。氟代溶劑是目前研究比較深入的一類材料，在鋰離子電池中應(yīng)用廣泛，尤其以引入氟代碳酸乙烯酯(fec)更為流行，它已被用于商業(yè)碳酸鹽電解液中。盡管fec顯著改善了電池的高電壓行為，但由于傳統(tǒng)碳酸酯溶劑的存在，電解液仍存在易燃的安全隱患。全氟不燃電解液具有較高的離子電導(dǎo)率和較寬的電化學(xué)穩(wěn)定窗口，因此，用合適的含氟溶劑完全取代碳酸酯溶劑可能會(huì)解決商業(yè)電解液固有的安全性問題。高電壓全氟電解液鋰離子電池作為新型的能源存儲(chǔ)技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景和市場(chǎng)潛力。在此背景下，深入研究全氟電解液的電化學(xué)和安全性能，推動(dòng)其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，對(duì)于提高我國(guó)鋰離子電池技術(shù)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種具有高電壓高安全性能的全氟電解液。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

3、一種高電壓高安全全氟電解液，包括全氟有機(jī)溶劑和鋰鹽，其中全氟有機(jī)溶劑包括結(jié)構(gòu)式(1)所代表的化合物，以及結(jié)構(gòu)式(2)、(3)所代表的化合物中的至少一種：

4、氟代碳酸乙烯酯(fec)；

5、雙(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯(tfec)；

6、氟代碳酸甲乙酯(femc)。

7、優(yōu)選的，所述鋰鹽為lipf6，以鋰離子計(jì)，電解液中l(wèi)ipf6的濃度為0.5～1mol/l。

8、優(yōu)選的，還包括添加劑，所述添加劑從二氟磷酸鋰(lipo2f2)、二氟草酸硼酸鋰(lidfob)、雙六氟異丙基碳酸酯(bhfc)、乙基六氟異丙基碳酸酯(ehfpc)、甲基六氟異丙基碳酸酯(mhfpc)、乙基三氟乙基草酸酯(etoe)、甲基乙基醚三氟乙基碳酸酯(cmte)中選擇。

9、優(yōu)選的，以所述電解液的總質(zhì)量為100％計(jì)，所述添加劑的質(zhì)量百分含量為0～8％。

10、優(yōu)選的，全氟有機(jī)溶劑包含式(1)(2)(3)所代表的化合物中的兩種時(shí)，兩種之間的質(zhì)量比為1:1～1:2，其中質(zhì)量比按化合物出現(xiàn)的順序計(jì)，例如包含化合物(1)和(3)，則(1)：(3)為1:1～1:2；全氟有機(jī)溶劑包含式(1)(2)(3)所代表的三種化合物時(shí)，三種之間的質(zhì)量比為(2～6):(1～3):(1～3)。

11、本發(fā)明還公開了一種鋰離子電池，使用上述的高電壓高安全全氟電解液。

12、優(yōu)選的，所述電池還包括正極材料、負(fù)極材料和隔膜。

13、優(yōu)選的，所述正極材料為鎳鈷錳三元層狀材料li(ni0.8co0.1mn0.1)o2。

14、優(yōu)選的，所述負(fù)極材料為鋰金屬或硅碳負(fù)極材料。

15、優(yōu)選的，所述薄膜為聚丙烯膜、聚乙烯膜或涂氧化鋁陶瓷膜。

16、本發(fā)明的鋰離子電池電解液，通過全氟溶劑和鋰鹽的配合使用，能夠提高所得電解液的閃點(diǎn)，降低電解液的可燃性，有效地改善高電壓條件下鋰離子電池的循環(huán)壽命和高溫存儲(chǔ)中的穩(wěn)定性，效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)商業(yè)化電解液(1m?lipf6，碳酸乙烯酯ec:碳酸甲乙酯emc＝3:7，簡(jiǎn)稱ee)的結(jié)果；此外，與ee電池相比，使用本發(fā)明全氟電解液的電池在高溫以及針刺等濫用工況中表現(xiàn)出更高的安全性。采用理論計(jì)算軟件計(jì)算了所述全氟溶劑的最低未占據(jù)分子軌道(lumo)值和最高占據(jù)分子軌道(homo)值以及全氟溶劑與鋰離子的結(jié)合能，結(jié)果證實(shí)這些氟代碳酸鹽容易在正極被還原生成富含氟的電極/電解液界面，并且具有更好的耐高電壓能力；這些氟代碳酸鹽能夠有利于鋰離子的傳輸，抑制高電壓下的鋰沉積，并產(chǎn)生富含陰離子的溶劑化結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步增強(qiáng)電解液的電化學(xué)性能和安全性能。

技術(shù)特征：

1.一種高電壓高安全全氟電解液，其特征在于：包括全氟有機(jī)溶劑和鋰鹽，其中全氟有機(jī)溶劑包括結(jié)構(gòu)式(1)所代表的化合物，以及結(jié)構(gòu)式(2)、(3)所代表的化合物中的至少一種：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高電壓高安全全氟電解液，其特征在于：所述鋰鹽為lipf6，以鋰離子計(jì)，電解液中l(wèi)ipf6的濃度為0.5～1mol/l。

3.權(quán)利要求1所述的高電壓高安全全氟電解液，其特征在于：還包括添加劑，所述添加劑從lipo2f2、lidfob、bhfc、ehfpc、mhfpc、etoe、cmte中選擇。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高電壓高安全全氟電解液，其特征在于：以所述電解液的總質(zhì)量為100％計(jì)，所述添加劑的質(zhì)量百分含量為0～8％。

5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的高電壓高安全全氟電解液，其特征在于：全氟有機(jī)溶劑包含式(1)(2)(3)所代表的化合物中的兩種時(shí)，兩種之間的質(zhì)量比為1:1～1:2；全氟有機(jī)溶劑包含式(1)(2)(3)所代表的三種化合物時(shí)，三種之間的質(zhì)量比為(2～6):(1～3):(1～3)。

6.一種鋰離子電池，其特征在于：使用權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的高電壓高安全全氟電解液。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋰離子電池，其特征在于：所述電池還包括正極材料、負(fù)極材料和隔膜。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鋰離子電池，其特征在于：所述正極材料為li(ni0.8co0.1mn0.1)o2。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鋰離子電池，其特征在于：所述負(fù)極材料為鋰金屬或硅碳負(fù)極材料。

10.權(quán)利要求9所述的鋰離子電池，其特征在于：所述薄膜為聚丙烯膜、聚乙烯膜或涂氧化鋁陶瓷膜。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種高電壓高安全全氟電解液，其特征在于：包括全氟有機(jī)溶劑和鋰鹽，其中全氟有機(jī)溶劑包括結(jié)構(gòu)式(1)所代表的化合物，以及結(jié)構(gòu)式(2)、(3)所代表的化合物中的至少一種。還公開了一種使用上述的高電壓高安全全氟電解液的鋰離子電池。本發(fā)明的鋰離子電池電解液，通過全氟溶劑和鋰鹽的配合使用，能夠提高所得電解液的閃點(diǎn)，降低電解液的可燃性，有效地改善高電壓條件下鋰離子電池的循環(huán)壽命和高溫存儲(chǔ)中的穩(wěn)定性，效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)商業(yè)化電解液的結(jié)果；此外，與EE電池相比，使用本發(fā)明全氟電解液的電池在高溫以及針刺等濫用工況中表現(xiàn)出更高的安全性。

技術(shù)研發(fā)人員：歐陽東旭,管珺,繆春洋,萬曉天,王志榮
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9