高电压高安全全氟电解液及使用该电解液的锂离子电池

本发明涉及锂电池，具体涉及一种高电压高安全全氟电解液及使用该电解液的锂离子电池。

背景技术：

1、电解液是锂离子电池的核心材料之一，它与锂离子电池的安全性、能量密度、倍率性能、循环寿命、存储性能以及生产成本等息息相关，电解液体系的优化也受到研发人员的广泛关注。氟代溶剂是目前研究比较深入的一类材料，在锂离子电池中应用广泛，尤其以引入氟代碳酸乙烯酯(fec)更为流行，它已被用于商业碳酸盐电解液中。尽管fec显著改善了电池的高电压行为，但由于传统碳酸酯溶剂的存在，电解液仍存在易燃的安全隐患。全氟不燃电解液具有较高的离子电导率和较宽的电化学稳定窗口，因此，用合适的含氟溶剂完全取代碳酸酯溶剂可能会解决商业电解液固有的安全性问题。高电压全氟电解液锂离子电池作为新型的能源存储技术，具有广阔的应用前景和市场潜力。在此背景下，深入研究全氟电解液的电化学和安全性能，推动其产业化应用，对于提高我国锂离子电池技术的国际竞争力具有重要意义。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有高电压高安全性能的全氟电解液。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、一种高电压高安全全氟电解液，包括全氟有机溶剂和锂盐，其中全氟有机溶剂包括结构式(1)所代表的化合物，以及结构式(2)、(3)所代表的化合物中的至少一种：

4、氟代碳酸乙烯酯(fec)；

5、双(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯(tfec)；

6、氟代碳酸甲乙酯(femc)。

7、优选的，所述锂盐为lipf6，以锂离子计，电解液中lipf6的浓度为0.5～1mol/l。

8、优选的，还包括添加剂，所述添加剂从二氟磷酸锂(lipo2f2)、二氟草酸硼酸锂(lidfob)、双六氟异丙基碳酸酯(bhfc)、乙基六氟异丙基碳酸酯(ehfpc)、甲基六氟异丙基碳酸酯(mhfpc)、乙基三氟乙基草酸酯(etoe)、甲基乙基醚三氟乙基碳酸酯(cmte)中选择。

9、优选的，以所述电解液的总质量为100％计，所述添加剂的质量百分含量为0～8％。

10、优选的，全氟有机溶剂包含式(1)(2)(3)所代表的化合物中的两种时，两种之间的质量比为1:1～1:2，其中质量比按化合物出现的顺序计，例如包含化合物(1)和(3)，则(1)：(3)为1:1～1:2；全氟有机溶剂包含式(1)(2)(3)所代表的三种化合物时，三种之间的质量比为(2～6):(1～3):(1～3)。

11、本发明还公开了一种锂离子电池，使用上述的高电压高安全全氟电解液。

12、优选的，所述电池还包括正极材料、负极材料和隔膜。

13、优选的，所述正极材料为镍钴锰三元层状材料li(ni0.8co0.1mn0.1)o2。

14、优选的，所述负极材料为锂金属或硅碳负极材料。

15、优选的，所述薄膜为聚丙烯膜、聚乙烯膜或涂氧化铝陶瓷膜。

16、本发明的锂离子电池电解液，通过全氟溶剂和锂盐的配合使用，能够提高所得电解液的闪点，降低电解液的可燃性，有效地改善高电压条件下锂离子电池的循环寿命和高温存储中的稳定性，效果明显优于传统商业化电解液(1m lipf6，碳酸乙烯酯ec:碳酸甲乙酯emc＝3:7，简称ee)的结果；此外，与ee电池相比，使用本发明全氟电解液的电池在高温以及针刺等滥用工况中表现出更高的安全性。采用理论计算软件计算了所述全氟溶剂的最低未占据分子轨道(lumo)值和最高占据分子轨道(homo)值以及全氟溶剂与锂离子的结合能，结果证实这些氟代碳酸盐容易在正极被还原生成富含氟的电极/电解液界面，并且具有更好的耐高电压能力；这些氟代碳酸盐能够有利于锂离子的传输，抑制高电压下的锂沉积，并产生富含阴离子的溶剂化结构，进一步增强电解液的电化学性能和安全性能。

技术特征：

1.一种高电压高安全全氟电解液，其特征在于：包括全氟有机溶剂和锂盐，其中全氟有机溶剂包括结构式(1)所代表的化合物，以及结构式(2)、(3)所代表的化合物中的至少一种：

2.根据权利要求1所述的高电压高安全全氟电解液，其特征在于：所述锂盐为lipf6，以锂离子计，电解液中lipf6的浓度为0.5～1mol/l。

3.权利要求1所述的高电压高安全全氟电解液，其特征在于：还包括添加剂，所述添加剂从lipo2f2、lidfob、bhfc、ehfpc、mhfpc、etoe、cmte中选择。

4.根据权利要求3所述的高电压高安全全氟电解液，其特征在于：以所述电解液的总质量为100％计，所述添加剂的质量百分含量为0～8％。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的高电压高安全全氟电解液，其特征在于：全氟有机溶剂包含式(1)(2)(3)所代表的化合物中的两种时，两种之间的质量比为1:1～1:2；全氟有机溶剂包含式(1)(2)(3)所代表的三种化合物时，三种之间的质量比为(2～6):(1～3):(1～3)。

6.一种锂离子电池，其特征在于：使用权利要求1-5中任一项所述的高电压高安全全氟电解液。

7.根据权利要求6所述的锂离子电池，其特征在于：所述电池还包括正极材料、负极材料和隔膜。

8.根据权利要求7所述的锂离子电池，其特征在于：所述正极材料为li(ni0.8co0.1mn0.1)o2。

9.根据权利要求8所述的锂离子电池，其特征在于：所述负极材料为锂金属或硅碳负极材料。

10.权利要求9所述的锂离子电池，其特征在于：所述薄膜为聚丙烯膜、聚乙烯膜或涂氧化铝陶瓷膜。

技术总结本发明公开了一种高电压高安全全氟电解液，其特征在于：包括全氟有机溶剂和锂盐，其中全氟有机溶剂包括结构式(1)所代表的化合物，以及结构式(2)、(3)所代表的化合物中的至少一种。还公开了一种使用上述的高电压高安全全氟电解液的锂离子电池。本发明的锂离子电池电解液，通过全氟溶剂和锂盐的配合使用，能够提高所得电解液的闪点，降低电解液的可燃性，有效地改善高电压条件下锂离子电池的循环寿命和高温存储中的稳定性，效果明显优于传统商业化电解液的结果；此外，与EE电池相比，使用本发明全氟电解液的电池在高温以及针刺等滥用工况中表现出更高的安全性。技术研发人员：欧阳东旭,管珺,缪春洋,万晓天,王志荣受保护的技术使用者：南京工业大学技术研发日：技术公布日：2024/9/9