锂离子电池电解液和锂离子电池

本发明涉及电池领域，具体是锂离子电池电解液和锂离子电池。

背景技术：

1、传统的锂离子电池电解液配方（1m lipf6 ec/emc/dec）依赖于碳酸乙烯酯（ec）在石墨负极形成sei膜以维持电池的稳定循环。但是ec在正极容易被氧化，使得电池的截止电压被限制在了4.3 v，另外高温下sei分解产气，对电池的安全性带来不利的影响。与此同时，ec高凝固点的特点使得电解液的低温性能恶化，这进一步限制了电池的应用范围。其他备选的溶剂包括碳酸丙烯酯(pc)，砜类，醚类等与石墨不兼容，在充电过程中溶剂会随着锂离子嵌入石墨层间，使石墨的容量快速衰减。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于锂离子电池电解液和锂离子电池，本发明提供的锂离子电池电解液耐高压、液程宽、可燃性低，且能抑制溶剂共嵌石墨。

2、本发明提供了一种锂离子电池电解液，其包括锂盐、主溶剂和共溶剂；

3、所述锂盐、主溶剂和共溶剂的摩尔比为1：x：y，其中0<x≤6，3≤y≤12；

4、所述共溶剂选自具有式i结构的化合物中的一种或多种；

5、式i；

6、其中，所述j1~j4独立地为0或1；

7、所述q1和q2独立地选自f取代的c1~c6亚烷基或未取代的c1~c6亚烷基；

8、所述r1和r2独立地选自取代或未取代的c1~c3的烷基，且所述r1和r2中至少一个的端基为二氟甲基。

9、本技术发明人创造性地发现，当以上述端基含二氟甲基（-cf2h）的化合物作为共溶剂应用于电解液中，同时控制高的主溶剂与锂盐的摩尔比以及高的含二氟甲基端基的化合物比主溶剂的摩尔比，能够使得电解液中主导的作用从锂盐中li+与主溶剂分子的配位作用改变为共溶剂中二氟甲基与主溶剂分子的氢键作用，从而提高溶剂分子的抗氧化性，同时抑制主溶剂分子与li+一同嵌入石墨层间，进而实现高电压高库伦效率的循环，显著提升电池的性能。而只含有三氟甲基的化合物不能起到类似的作用。这是因为该类化合物不能与主溶剂建立有效的氢键相互作用。本发明提供的锂离子电池电解液中，所述锂盐、主溶剂和共溶剂的摩尔比为1：x：y，其中0<x≤6，3≤y≤12；优选为2<x≤6，3≤y≤12；更优选为3<x≤6，3≤y≤12。

10、本发明所述共溶剂选自具有式i结构的化合物中的一种或多种。优选地，本发明所述具有式i结构的化合物中所述r1和r2独立地选自甲基、一氟甲基、二氟甲基或三氟甲基，且所述r1和r2至少有一个为二氟甲基；更优选地，所述r1和r2均为二氟甲基。

11、优选地，本发明所述具有式i结构的化合物中所述q1和q2独立地选自f取代的c1~c4亚烷基或未取代的c1~c4亚烷基；本发明对所述f取代的个数没有特殊限制，可以是1个f取代，也可以是多个f取代，只要不超出其最多可取代的个数即可，例如若为f取代的c1亚烷基，则最多只可以为2个f取代的c1亚烷基，即-cf2-。

12、更优选地，所述q1和q2独立地具有式i-a结构；

13、式i-a；

14、其中，所述n1~n3独立地为0或1；

15、所述r3~r8独立地选自h、f或甲基；且所述r3~r8中最多只有3个选自甲基，优选只有1个选自甲基。

16、更更优选地，所述r3~r8独立地具有式i-a-1、式i-a-2、式i-a-3或式i-a-4结构；

17、式i-a-1；式i-a-2；

18、式i-a-3；式i-a-4。

19、在本发明的某些实施例中，所述共溶剂优选选自1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚、1h,1h,5h-八氟戊基-1,1,2,2-四氟乙基醚、1,1,2,2-四氟乙基异丙醚、1,1,2,2-四氟乙基乙基醚或1,1,2,2-四氟乙基-2,2,2-三氟乙基醚中的一种或多种。其中，所述1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚的结构式为；所述1h,1h,5h-八氟戊基-1,1,2,2-四氟乙基醚的结构式为；所述1,1,2,2-四氟乙基异丙醚的结构式为；所述1,1,2,2-四氟乙基乙基醚的结构式为；所述1,1,2,2-四氟乙基-2,2,2-三氟乙基醚的结构式为。

20、本发明所述锂盐选自六氟磷酸锂（lipf6）、双氟磺酰亚胺锂（lifsi）、二氟磷酸锂（lipo2f2）、四氟硼酸锂（libf4）、双三氟甲基磺酰亚胺锂（litfsi）、锂4,5-二氰基-2-(三氟甲基)异吡唑（lidti）、双氟草酸硼酸锂（lidfob）、三氟甲磺酸锂(liotf)或双草酸硼酸锂（libob）中的至少一种。优选地，所述锂盐选自lifsi，lipo2f2、lipf6或lidfob中的至少一种。

21、本发明所述主溶剂选自碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四氢呋喃、1,3-二氧五环、二甲基亚砜或环丁砜中的一种或多种。优选地，所述主溶剂选自碳酸丙烯酯，乙二醇二甲醚，四氢呋喃或碳酸乙烯酯中的一种或多种。

22、在本发明的某些实施例中，所述锂离子电池电解液包括：摩尔比例为1：6：9的双氟磺酰亚胺锂、碳酸丙烯酯和1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚；或者，包括：摩尔比例为1：6：9的双氟磺酰亚胺锂、乙二醇二甲醚和1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚；或者，包括：摩尔比例为1：6：3的双氟磺酰亚胺锂、碳酸二乙酯和1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚；或者，包括：摩尔比例为1：6：12的双氟磺酰亚胺锂、二甲基亚砜和1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚；或者，包括：摩尔比例为1：6：9的六氟磷酸锂、碳酸丙烯酯和1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚；或者，包括：摩尔比例为1：6：9的双氟磺酰亚胺锂、碳酸丙烯酯和1h,1h,5h-八氟戊基-1,1,2,2-四氟乙基醚；或者，包括：摩尔比例为1：3：9的双氟磺酰亚胺锂、碳酸丙烯酯和1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚；或者，包括：摩尔比例为1：6：3：6的双氟磺酰亚胺锂、碳酸丙烯酯、1h,1h,5h-八氟戊基-1,1,2,2-四氟乙基醚和1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚。

23、本发明还提供了一种锂离子电池，其包括：电解液、正极、负极和隔片；所述电解液为上述任一技术方案的锂离子电池电解液，不再赘述。本发明对所述正极、负极和隔片无特殊限定，为本领域技术人员熟知的可用于锂离子电池的正极、负极和隔片即可。本发明所述的锂离子电池包括但不限于：电动汽车动力电池，电动摩托车动力电池，水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统电池，削峰填谷储能电站电池，3c电子产品电池，特别是对于航天电子工程使用电池，军用特种装备电池。

24、本发明提供了锂离子电池电解液和锂离子电池；本发明提供的锂离子电池电解液是不共嵌、耐高压且不成膜的锂离子电池电解液，通过加入了上述具有式i结构的端基含二氟甲基的化合物作为共溶剂，同时调控特定的锂盐、主溶剂和共溶剂的摩尔比，从而具有抑制溶剂共嵌石墨、耐高压和不成膜的特点，解决溶剂共嵌石墨的问题，拓展了锂离子电池电解液溶剂选择范围。具体地，本发明提供的锂离子电池电解液不仅可以抑制碳酸丙烯酯、二甲基亚砜或者乙二醇二甲醚等多种电解液主溶剂的共嵌，而且可以扩展电解液的电压稳定窗口，增加电解液液程，弱化电解液在石墨负极成膜的特性，从而实现高电压高库伦效率的循环。甚至可以通过二氟甲基端基的氢键作用加速锂离子在石墨表面的脱溶剂化过程，进而大大降低脱溶剂化势垒，显著提升电池的性能。因此所设计的不共嵌、耐高压和不成膜的电解液综合性能优秀。