本發(fā)明屬于鋰離子電池電解液，具體涉及一種基于線性砜類溶劑的電解液及其應(yīng)用和鋰離子電池。

背景技術(shù)：

1、隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展和儲能需求的升級，消費(fèi)類電子產(chǎn)品和電動汽車迫切需要高能量密度且在寬溫度范圍內(nèi)循環(huán)穩(wěn)定的鋰離子電池。中高鎳三元材料linixmnyco1-x-yo2(x≥0.5)被認(rèn)為是下一代鋰離子電池的可靠正極材料，提升其充電截至電壓可以直接獲得約15–35％的容量提升。然而，這種方法會使正極材料的整體和表面更加不穩(wěn)定，因此對電解液的熱力學(xué)穩(wěn)定性有著更高的要求。傳統(tǒng)的碳酸酯基電解液對石墨負(fù)極仍有著不可替代性，但是其在較高電壓下(＞4.3v)的氧化穩(wěn)定性差，由此帶來的一系列界面副反應(yīng)導(dǎo)致電池的循環(huán)壽命急劇下降。除此之外，環(huán)狀碳酸酯類溶劑的高熔點(diǎn)以及其對鋰離子的高溶劑化能限制了鋰離子電池在較低溫度場景和大電流充放電過程中的應(yīng)用。因此，設(shè)計一種具有高氧化穩(wěn)定性和在寬溫度范圍內(nèi)有著優(yōu)異界面相容性的電解液，對于推動鋰離子電池的發(fā)展有著重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于線性砜類溶劑的電解液及其應(yīng)用和鋰離子電池。該電解液具有出色的氧化穩(wěn)定性和界面相容性，可以實現(xiàn)4.5v高電壓鋰離子電池在寬溫度范圍內(nèi)的穩(wěn)定循環(huán)。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、提供一種基于線性砜類溶劑的電解液，包括線性砜類溶劑、鋰鹽、共溶劑和添加劑；其中：

4、所述線性砜類溶劑為二甲基砜、甲基乙基砜、二乙基砜、乙基異丙基砜、二甲基亞砜中的一種或多種；

5、所述共溶劑為1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,2-三氟乙基醚、雙(2,2,2-三氟乙基)醚、2,2,2-三氟乙基-1,1,2,3,3,3-六氟丙基醚、二氟甲基2,2,3,3-四氟丙基醚、氟甲基-1,1,1,3,3,3-六氟異丙基醚中一種或多種；

6、所述線性砜類溶劑和共溶劑的體積比為3:7～7:3。

7、按上述方案，所述線性砜類溶劑和共溶劑的體積比優(yōu)選為2:3-3:2。線性砜類溶劑和氫氟醚類共溶劑進(jìn)行適當(dāng)配比使用，更有助于基于線性砜類溶劑具有高偶極矩以及裸露的正電荷中心，和氫氟醚類共溶劑中的氟原子具有的強(qiáng)電負(fù)性，產(chǎn)生分子間的類氫鍵相互作用，起到減小線性砜類溶劑與鋰離子之間的配位作用，削弱鋰離子的溶劑化能，加速鋰離子的脫溶劑化過程，提升鋰離子電池的倍率性能和低溫性能。

8、按上述方案，所用鋰鹽選自雙三氟甲基磺酰亞胺鋰(litfsi)、雙氟磺酰亞胺鋰(lifsi)、六氟磷酸鋰(lipf6)、四氟硼酸鋰(libf4)中的至少一種。

9、按上述方案，所述鋰鹽在電解液中的摩爾濃度為0.5～4mol/l；優(yōu)選為0.5～1.5mol/l。

10、按上述方案，所述添加劑為二氟草酸硼酸鋰。當(dāng)添加劑為二氟草酸硼酸鋰時，由于其可以同時在正負(fù)極生成富含氟化鋰的界面膜，因此可以進(jìn)一步提升高電壓下鋰離子電池的循環(huán)穩(wěn)定性。

11、按上述方案，所述添加劑在電解液中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01～5％；優(yōu)選為0.5％～2％。

12、提供一種基于砜類溶劑的電解液在鋰離子電池中的應(yīng)用。

13、提供一種鋰離子電池，包括正極材料、負(fù)極材料、隔膜和上述電解液。

14、按上述方案，所述正極材料為鎳鈷錳三元材料或鈷酸鋰材料。優(yōu)選地，所述鎳鈷錳三元材料為li(nixcoymnz)o2,x≥0.5,y＞0，z＞0,x+y+z＝1。

15、按上述方案，所述負(fù)極材料為石墨。

16、按上述方案，所述隔膜材質(zhì)為聚丙烯(pp)或聚乙烯(pe)。

17、本發(fā)明的有益效果如下：

18、本發(fā)明提供了一種基于線性砜類溶劑的電解液，包括線性砜類溶劑、鋰鹽、氫氟醚類共溶劑和添加劑，其中線性砜類溶劑具有優(yōu)異的耐氧化性和安全性，并且具有高偶極矩以及裸露的正電荷中心，而氫氟醚中的氟原子具有強(qiáng)的電負(fù)性，適當(dāng)配比的線性砜類溶劑和氫氟醚之間可以產(chǎn)生分子間的類氫鍵相互作用，使得線性砜類溶劑與鋰離子之間的配位作用減小，削弱了鋰離子的溶劑化能，加速了鋰離子的脫溶劑化過程，從而提升了鋰離子電池的倍率性能和低溫性能；同時規(guī)避了溶劑組分在石墨負(fù)極表面的持續(xù)分解，從而生成陰離子主導(dǎo)的sei膜，提升了石墨負(fù)極的穩(wěn)定性；該電解液用于鋰離子電池中，可以在石墨負(fù)極表面優(yōu)先還原以形成穩(wěn)定的界面膜，實現(xiàn)4.5v級高電壓電池在寬溫度范圍(-20～60℃)內(nèi)具有較高的能量密度、良好的循環(huán)穩(wěn)定性以及大電流充放電能力，綜合性能優(yōu)異，具有重要的應(yīng)用前景。

技術(shù)特征：

1.一種基于線性砜類溶劑的電解液，其特征在于，包括線性砜類溶劑、鋰鹽、共溶劑和添加劑；其中：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，其特征在于，所用鋰鹽選自雙三氟甲基磺酰亞胺鋰、雙氟磺酰亞胺鋰、六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰中的至少一種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，其特征在于，所述鋰鹽在電解液中的摩爾濃度為0.5～4mol/l。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，其特征在于，所述添加劑為二氟草酸硼酸鋰。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，其特征在于，所述添加劑在電解液中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01～5％。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，其特征在于，所述線性砜類溶劑和共溶劑的體積比為2:3～3:2。

7.一種權(quán)利要求1-6任一項所述的基于砜類溶劑的電解液在鋰離子電池中的應(yīng)用。

8.一種鋰離子電池，包括正極材料、負(fù)極材料和隔膜，其特征在于，還包括權(quán)利要求1-6任一項所述的電解液。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鋰離子電池，其特征在于，所述正極材料為鎳鈷錳三元材料或鈷酸鋰材料；所述負(fù)極材料為石墨。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鋰離子電池，其特征在于，所述隔膜材質(zhì)為聚丙烯或聚乙烯。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于線性砜類溶劑的電解液及其應(yīng)用和鋰離子電池。該電解液包括線性砜類溶劑、鋰鹽、共溶劑和添加劑；其中：所述線性砜類溶劑為二甲基砜、甲基乙基砜、二乙基砜、乙基異丙基砜、二甲基亞砜中的一種或多種；所述共溶劑為氫氟醚類溶劑；線性砜類溶劑和共溶劑的體積比為3:7～7:3。該電解液用于鋰離子電池中，可以在石墨負(fù)極表面優(yōu)先還原以形成穩(wěn)定的界面膜，實現(xiàn)4.5V級高電壓電池在寬溫度范圍(?20～60℃)內(nèi)具有較高的能量密度、良好的循環(huán)穩(wěn)定性以及大電流充放電能力，綜合性能優(yōu)異，具有重要的應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：郭瑋,楊啟龍,付永柱
受保護(hù)的技術(shù)使用者：鄭州大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17