[发明专利]一种含氟磺酰亚胺基锂盐非水电解液及其应用

说明书

技术领域

本发明属于新材料和电化学技术领域，具体涉及含氟磺酰亚胺基锂盐非水电解液及其在锂离子电池中的应用。

背景技术

非水电解质是二次锂(离子)电池等储能器件的关键材料之一，其综合性能(如化学和电化学稳定性，安全性等)直接影响电池的使用。目前，商业化的锂电池电的解质主要是由有机碳酸酯(如碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯等)和导电盐(主要是LiPF₆)组成。该体系中有机碳酸酯的易燃和易挥发性是目前电池体系的主要安全隐患(如燃烧、爆炸、泄漏等)。同时，一般认为LiPF₆热稳定性差、易于水解等性能缺陷，导致在高温时(>55℃)或者水分含量略高时，使用LiPF₆的非水电解液的锂离子电池，其电化学性能和安全性能显著下降。目前，通过添加各种功能性添加剂，改善和提高LiPF₆非水电解液的高温性能以及减弱对水的敏感性，是改善和提高LiPF₆锂离子电池高温电化学性能的主要技术发展方向。例如，通过加入铵基、环醚或环状羧酸酯等化合物(中国专利CN101601163;Electrochem.Solid-State Lett.,12(2009)A229)，加入路易斯酸氟硼化物(美国专利US6022643;J.Power Sources 193(2009)834)或碱(J.Electrochem.Soc.152(2005)A1361)，加入新型锂盐二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)或四氟草酸磷酸锂(LTFOP)(中国专利CN101635379,Electrochem.Solid-State Lett.13(2010)A11)等。这些通过在LiPF₆非水电解液中加入各种功能性添加剂，提高电解液稳定性的技术手段，尽管在一定程度上改善锂离子电池的高温性能，但是，并没有从根源上改变和彻底消除LiPF₆受热分解的本质特性。

开发具有优异化学和电化学性能的新型锂盐替代LiPF₆，被认为是彻底解决锂离子电池高温性能的有效途径，也是锂离子电池电解液技术发展的重要方向。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一系列基于新型不对称结构的(氟磺酰)(多氟烷氧基磺酰)亚胺的锂盐作为锂离子电池电解质材料的非水电解液。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种非水电解液，由导电锂盐电解质材料、有机溶剂和添加剂组成；所述导电锂盐电解质材料是不对称(氟磺酰)(多氟烷氧基磺酰)亚胺锂盐或不对称(氟磺酰)(多氟烷氧基磺酰)亚胺锂盐与其他导电锂盐组成的混合物；各组分的重量百分比为：不对称(氟磺酰)(多氟烷氧基磺酰)亚胺锂盐0.01–30wt%、其他锂盐0–15wt%、有机溶剂60–90wt%、功能添加剂0.01–10wt%。

所述不对称(氟磺酰)(多氟烷氧基磺酰)亚胺锂盐（简称Li[R_fOFSI]）的结构如式(Ⅰ)所示：

其中，取代基R_f=C_nF_2n+1-mH_m的饱和多氟烷基，n为1至10的整数，m为大于零的整数，且2n+1-m大于等于零的整数；

优先选择R_f=(CF₃)₂CH-、CF₃CH₂-、CF₃CF₂CH₂-、CF₃(CF₂)₂CH₂-或者H(CF₂)_nCH₂-，n=1–8。

所述其他锂盐为LiPF₆、LiBF₄、LiTFSI、LiClO₄、LiAsF₆、LiBOB、LiDFOB、LiTFOB；LiN(SO₂R_F)₂、LiN(SO₂F)(SO₂R_F)中的一种或二种以上的组合，其中取代基R_F=C_nF_2n+1的饱和全氟烷基，n为1至10的整数，且2n+1大于零的整数。