本發(fā)明涉及鋰離子電池，具體為一種鋰離子電池用非水電解液及鋰離子電池。

背景技術(shù)：

1、作為電池的四大組成部分之一，電解液(液體電解質(zhì))起著舉足輕重的作用，鋰離子電池中的正極和負(fù)極之間，需要通過(guò)電解液在電池內(nèi)部傳導(dǎo)鋰離子，才能完成電能的轉(zhuǎn)化，而鋰鹽在電解液中起到了離子傳導(dǎo)的作用。鋰離子相對(duì)較小，能夠比其他離子更快速地在電解液中傳導(dǎo)，鋰離子的傳導(dǎo)速度快，可以提高電池的放電效率和充電效率，延長(zhǎng)電池的使用壽命。

2、鋰鹽可以通過(guò)調(diào)節(jié)電解液中的離子濃度，從而影響電池的電壓，從而使電池的電壓更容易被維持在恰當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，當(dāng)鋰離子電池放電時(shí)，正極材料中的鋰離子向負(fù)極移動(dòng)，同時(shí)電子從負(fù)極移動(dòng)到正極，從而產(chǎn)生電能，而在充電時(shí)，這個(gè)過(guò)程正好相反，正極材料中的鋰離子向正極移動(dòng)，從而儲(chǔ)存電能，通過(guò)控制鋰鹽的濃度，可以平穩(wěn)地控制電池的電壓，使其達(dá)到最佳工作狀態(tài)。

3、在鋰離子電池中，電解液中鋰鹽的存在可以起到抑制電化學(xué)副反應(yīng)發(fā)生的作用，電化學(xué)副反應(yīng)是指電池在充放電過(guò)程中產(chǎn)生的物理或化學(xué)變化，如果反應(yīng)過(guò)強(qiáng)，將導(dǎo)致電池積極材料的損耗以及電池壽命的縮短，從而影響電池的性能，而鋰鹽可以形成一層穩(wěn)定的固體電解質(zhì)膜(sei和cei)，從而抑制電池內(nèi)部的電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，保證電池長(zhǎng)時(shí)間的可靠使用。

4、目前應(yīng)用最廣的鋰鹽是六氟磷酸鋰(lipf6)，由于具有良好的離子電導(dǎo)率、成本相對(duì)較低以及能在鋁箔上形成一層穩(wěn)定的鈍化膜優(yōu)勢(shì)，已被廣泛應(yīng)用于鋰離子電池中。作為使用最為廣泛的六氟磷酸鋰，潮解性強(qiáng)，暴露空氣中或加熱時(shí)容易分解，暴露空氣中或加熱時(shí)，六氟磷酸鋰在空氣中由于水蒸氣的作用而迅速分解，放出五氟化磷(pf5)而產(chǎn)生白色煙霧。

5、六氟磷酸鋰主要有多種生產(chǎn)方法，分別是有機(jī)溶劑法、氟化氫溶劑法、氣固反應(yīng)法、流變相法、固固法和離子交換法。其中，市場(chǎng)上使用較多的是氟化氫溶劑法和有機(jī)溶劑法，其余四種生產(chǎn)工藝均未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，合成條件比較嚴(yán)苛。氟化氫溶劑法是將氟化鋰lif溶解在無(wú)水氟化氫hf中形成lif·hf溶液，通入高純pf5氣體進(jìn)行反應(yīng)，從而得到lipf6晶體，再經(jīng)過(guò)分離、干燥得到lipf6產(chǎn)品，而有機(jī)溶劑法是將lif固體溶解在有機(jī)溶劑里，再通入高純pf5氣體，反應(yīng)生成的lipf6直接溶解在有機(jī)溶劑中，所得溶劑可直接用作鋰離子電池的電解液。

6、雙氟磺酰亞胺鋰(lifsi)中的氟離子具有很強(qiáng)的吸電子性，使鋰鹽的陰陽(yáng)離子間配位作用減弱，鋰離子的活動(dòng)性很強(qiáng)，離子導(dǎo)電性、熱穩(wěn)定性以及電化學(xué)穩(wěn)定性高，基本不發(fā)生副反應(yīng)，同時(shí)還能抑制膨脹效果，但是lifsi的合成成本較高，合成路線容易腐蝕反應(yīng)設(shè)備，使用在電解液中，容易腐蝕負(fù)極集流體、生產(chǎn)工藝復(fù)雜。因此，目前主要lifsi主要還是以添加劑形式，和lif6復(fù)配，無(wú)法大幅度替代六氟磷酸鋰。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種鋰離子電池用非水電解液及鋰離子電池，以解決上述背景技術(shù)中提出的lipf6熱穩(wěn)定性不好、容易水解和lifsi制備復(fù)雜且腐蝕集流體和成本較高，無(wú)法大幅度替代六氟磷酸鋰的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種鋰離子電池用非水電解液，按照重量分?jǐn)?shù)包括以下物質(zhì)：電解質(zhì)鋰鹽1-20％、有機(jī)溶劑70-90％和功能添加劑0.1％-10％；

3、所述電解質(zhì)鋰鹽由鋰鹽a和鋰鹽b組成，且鋰鹽a的重量分?jǐn)?shù)大于鋰鹽b；

4、所述有機(jī)溶劑由溶劑c和溶劑d組成，其中溶劑c的重量分?jǐn)?shù)為3％-20％，溶劑d的重量分?jǐn)?shù)為50％-88％。

5、優(yōu)選的，所述鋰鹽a為2-氟磺酰基二氟乙酸鋰，所述鋰鹽b為四氟硼酸鋰、六氟磷酸鋰、雙氟磺酰胺鋰、二(三氟甲基磺酸酰)亞胺鋰、草酸硼酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、二氟二草酸磷酸鋰、氟代丙二酸硼酸鋰、2-三氟甲基-4，5-二氰基咪唑鋰和二氟磷酸鋰中一種或幾種的混合物。

6、優(yōu)選的，所述溶劑c為亞砜、砜或環(huán)狀砜類溶劑中的一種或幾種，具體為二甲基亞砜、二苯基亞砜、乙基甲基砜、乙基甲氧基乙基砜、環(huán)丁砜、二甲基砜、乙基異丙基砜、乙基異丁基砜和甲基異丙基砜中一種或幾種的混合物。

7、優(yōu)選的，所述溶劑d為環(huán)狀碳酸酯類或鏈狀碳酸酯類化合物中一種或幾種的混合物，其中環(huán)狀碳酸酯類化合物為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、γ-丁內(nèi)酯中一種或幾種的混合物，鏈狀碳酸酯類化合物為碳酸二乙酯、碳酸甲基乙基酯、碳數(shù)為3-8的直鏈或支鏈脂肪單醇與碳酸合成的碳酸酯衍生物中一種或幾種的混合物。

8、優(yōu)選的，所述功能添加劑為三(三甲基硅基)硼酸酯、三(三甲基硅基)磷酸酯、三(三甲基硅基)亞磷酸酯、氟代碳酸乙烯酯、雙氟代碳酸乙烯酯、亞硫酸乙烯酯、硫酸乙烯酯、硫酸丙烯酯、甲基二磺酸亞甲酯、碳酸乙烯亞乙酯、1，4-丁磺酸內(nèi)酯、1，3-丙烷磺酸內(nèi)酯、1-丙烯-1，3-磺酸內(nèi)酯、1，3-丙烯磺酸內(nèi)酯、碳酸亞乙烯酯、碳酸乙烯亞乙酯、乙氧基五氟環(huán)三磷腈、，1-丙基磷酸環(huán)酐、1-正丁基環(huán)磷酸酐、丁二腈、己二腈、1，3，6-己烷三腈、1，2，3-三-(2-氰乙氧基)丙烷、乙二醇雙(丙腈)醚、1，2-雙(氰乙氧基)乙烷、季戊四醇雙環(huán)硫酸酯、甲基三氟乙基碳酸酯、3，3，3-三氟丙烯碳酸酯、4-三氟甲基碳酸乙烯酯、三(2，2，2-三氟乙基)磷酸酯、三(2，2，2-三氟乙基)碳酸酯、2-氟聯(lián)苯、2，4-二氟聯(lián)苯、4-甲基硫酸亞乙酯、4-丙基硫酸亞乙酯和磷酸三炔丙酯中一種或幾種的混合物。

9、優(yōu)選的，制備所述非水電解液的具體步驟如下：

10、s1：鋰鹽a和溶劑c混合并溶解生成溶液1；

11、s2：鋰鹽b和溶劑d混合并溶解生成溶液2；

12、s3：將溶液1和溶液2混合并加入功能添加劑，充分混合均勻后最后形成非水電解液。

13、優(yōu)選的，所述鋰鹽a的合成方法包括如下步驟：

14、步驟1：采購(gòu)市售的99％以上純度氟磺酰二氟乙酸，溶于溶劑中；

15、步驟2：然后與適量的碳酸鋰反應(yīng)，放出二氧化碳?xì)怏w，然后蒸餾除去水或有機(jī)溶劑，就可以拿到無(wú)水氟磺酰基二氟乙酸鋰。

16、優(yōu)選的，步驟1中溶劑優(yōu)為水、甲醇、丙酮或乙酸乙酯。

17、本發(fā)明還提供了一種鋰離子電池，其包括正極、負(fù)極和上述所述的非水電解液。

18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

19、采用氟磺酰二氟乙酸鋰(fso2cf2cooli)作為鋰鹽之一所制備的非水電解液，使得電解液能夠具有離子電導(dǎo)率高、空氣中穩(wěn)定和分解溫度高的優(yōu)點(diǎn)，以使得鋰電池的性能更為優(yōu)異，同時(shí)由于氟磺酰二氟乙酸鋰的制備更為簡(jiǎn)單，降低了制備的成本，使得非水電解液的適用范圍更為廣泛。

技術(shù)特征：

1.一種鋰離子電池用非水電解液，其特征在于：按照重量分?jǐn)?shù)包括以下物質(zhì)：電解質(zhì)鋰鹽1-20％、有機(jī)溶劑70-90％和功能添加劑0.1％-10％；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池用非水電解液，其特征在于：所述鋰鹽a為2-氟磺?；宜徜?，所述鋰鹽b為四氟硼酸鋰、六氟磷酸鋰、雙氟磺酰胺鋰、二(三氟甲基磺酸酰)亞胺鋰、草酸硼酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、二氟二草酸磷酸鋰、氟代丙二酸硼酸鋰、2-三氟甲基-4，5-二氰基咪唑鋰和二氟磷酸鋰中一種或幾種的混合物。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池用非水電解液，其特征在于：所述溶劑c為二甲基亞砜、二苯基亞砜、乙基甲基砜、乙基甲氧基乙基砜、環(huán)丁砜、二甲基砜、乙基異丙基砜、乙基異丁基砜和甲基異丙基砜中一種或幾種的混合物。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池用非水電解液，其特征在于：所述溶劑d為環(huán)狀碳酸酯類或鏈狀碳酸酯類化合物中一種或幾種的混合物，其中環(huán)狀碳酸酯類化合物為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、γ-丁內(nèi)酯中一種或幾種的混合物，鏈狀碳酸酯類化合物為碳酸二乙酯、碳酸甲基乙基酯、碳數(shù)為3-8的直鏈或支鏈脂肪單醇與碳酸合成的碳酸酯衍生物中一種或幾種的混合物。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池用非水電解液，其特征在于：所述功能添加劑為三(三甲基硅基)硼酸酯、三(三甲基硅基)磷酸酯、三(三甲基硅基)亞磷酸酯、氟代碳酸乙烯酯、雙氟代碳酸乙烯酯、亞硫酸乙烯酯、硫酸乙烯酯、硫酸丙烯酯、甲基二磺酸亞甲酯、碳酸乙烯亞乙酯、1，4-丁磺酸內(nèi)酯、1，3-丙烷磺酸內(nèi)酯、1-丙烯-1，3-磺酸內(nèi)酯、1，3-丙烯磺酸內(nèi)酯、碳酸亞乙烯酯、碳酸乙烯亞乙酯、乙氧基五氟環(huán)三磷腈、，1-丙基磷酸環(huán)酐、1-正丁基環(huán)磷酸酐、丁二腈、己二腈、1，3，6-己烷三腈、1，2，3-三-(2-氰乙氧基)丙烷、乙二醇雙(丙腈)醚、1，2-雙(氰乙氧基)乙烷、季戊四醇雙環(huán)硫酸酯、甲基三氟乙基碳酸酯、3，3，3-三氟丙烯碳酸酯、4-三氟甲基碳酸乙烯酯、三(2，2，2-三氟乙基)磷酸酯、三(2，2，2-三氟乙基)碳酸酯、2-氟聯(lián)苯、2，4-二氟聯(lián)苯、4-甲基硫酸亞乙酯、4-丙基硫酸亞乙酯和磷酸三炔丙酯中一種或幾種的混合物。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池用非水電解液，其特征在于：制備所述非水電解液的具體步驟如下：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池用非水電解液，其特征在于：所述鋰鹽a的合成方法包括如下步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種鋰離子電池用非水電解液，其特征在于：所述溶劑為水、甲醇、丙酮或乙酸乙酯。

9.一種鋰離子電池，其特征在于：包括正極、負(fù)極和權(quán)利要求1-8任一所述的非水電解液。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明用于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種鋰離子電池用非水電解液，按照重量分?jǐn)?shù)包括以下物質(zhì)：電解質(zhì)鋰鹽1?20％、有機(jī)溶劑70?90％和功能添加劑0.1％?10％；所述電解質(zhì)鋰鹽由鋰鹽A和鋰鹽B組成，且鋰鹽A的重量分?jǐn)?shù)大于鋰鹽B；所述有機(jī)溶劑由溶劑C和溶劑D組成，其中溶劑C的重量分?jǐn)?shù)為3％?20％，溶劑D的重量分?jǐn)?shù)為50％?88％。該鋰離子電池用非水電解液，采用氟磺酰二氟乙酸鋰作為主要鋰鹽所制備的非水電解液，使得電解液能夠具有離子電導(dǎo)率高、空氣中穩(wěn)定和熱穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，以使得鋰電池的性能更為優(yōu)異。

技術(shù)研發(fā)人員：任瑜
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海熵延新能源科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19