[发明专利]电解液和锂离子二次电池及其制备方法

说明书

本发明提供了一种电解液和锂离子二次电池及其制备方法，涉及电池领域。该电解液包括溶剂和两种以上的电解质锂盐，其中，电解液的阳离子为锂离子，阴离子为两种以上具有不同半径的离子。本发明还提供一种锂离子二次电池，包括正极、负极以及介于正极与负极之间的隔膜和上述电解液，由于该电解液采用两种以上具有不同半径的阴离子，可提高阴离子在正极活性材料中的插层速度、脱嵌速度和阴离子插层数量，使得基于该电解液的锂离子二次电池具有更高的能量密度、较为优异的倍率性能和循环稳定性，改善了现有离子电池由于采用单一电解质且电解液中阴离子半径较大，导致电池能量密度较低、倍率性能较差及循环稳定性不好等问题。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其是涉及一种电解液和锂离子二次电池及其制备方法。

背景技术

随着能源危机与环境污染的不断加剧，开发和充分利用可再生的清洁能源已刻不容缓。在此时代背景下，为了减少化石燃料使用过程的污染，科学界和产业界提出了多种储能新模式，包括发展风、光、电可持续再生能源及新型动力电池和高效储能系统，而二次电池一直占据举足轻重的地位。所谓二次电池就是可充电电池，其具备可重复充放电、使用多次的能力。和普通的不可重复使用的一次电池相比，二次电池具有使用成本低、对环境污染小的优点。目前，锂离子电池是应用最为广泛的二次电池，大到航空航天领域的应用，比如火星着陆器、地球轨道飞行器、无人机、民航客机等航空航天器中，锂离子电池的身影随处可见，小到日常生活中广泛使用的手提电脑、移动通讯、数码设备等都把锂离子电池作为电源。锂离子电池(LIB)具有自放电低、比能量高、循环性能好、无记忆效应与绿色环保等优势，是目前最具发展前景的高效二次电池和发展最快的化学储能电源。

通常情况下，锂离子电池的核心组成部件分为三部分：正极、负极和电解液，其电能的存储与释放主要是通过正极、负极与电解液界面上发生的离子传输和电子传输相分离的氧化还原反应来实现的。具体工作原理为：在充电过程中，锂离子会从正极活性材料中脱出，经过电解液，最终嵌入负极活性材料；在放电过程中，锂离子会从负极活性材料脱出，经过电解液而嵌入正极活性材料中。就目前而言，市场上的锂离子电池正极活性材料主要是过渡金属氧化物或聚阴离子型金属化合物，负极活性材料为石墨或碳，而电解液则是以酯类电解液或聚合物凝胶为主。其中，把过渡金属元素作为正极活性材料，具有如下缺点：其一，材料的制备成本增加；其二，在电池报废后对环境存在巨大的潜在危害。

当前科学界和产业界正在积极努力地研发环境友好、能量密度高、成本低廉的新型二次电池技术。最近几年新型双离子电池引起了社会的广泛关注。相比于传统锂离子电池而言，双离子电池具有更加环保，同时电池自重和成本也大大降低的优势。然而，目前报道的双离子电池的电解液采用单一电解质，阴离子半径较大，正极插层阴离子的容量不高(≤100mAh/g)，能量密度低，且倍率性能较差，极化问题严重；同时长期循环过程中阴离子会使正极活性材料片层发生剥离，破坏其层状结构，导致其循环稳定性下降。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种电解液，采用两种以上具有不同半径的阴离子杂化而成，该电解液可提高阴离子在电池正极活性材料中的插层速度、脱嵌速度以及阴离子插层数量，使得基于该电解液的锂离子二次电池具有良好的能量密度、倍率性能和循环稳定性。

本发明的第二目的在于提供一种锂离子二次电池，由于该锂离子电池中的电解液是采用两种以上具有不同半径的阴离子杂化而成，可提高阴离子在正极活性材料中的插层速度、脱嵌速度以及阴离子插层数量，使得基于该电解液的锂离子二次电池具有良好的能量密度、倍率性能和循环稳定性，改善了现有双离子电池由于采用单一电解质且电解液中阴离子半径较大，导致电池能量密度变低、倍率性能较差以及循环稳定性不好等问题。

本发明的第二目的在于提供一种上述锂离子二次电池的制备方法，该制备方法具有工艺流程简单且易于产业化应用的优点。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：