[发明专利]一种适用于高温环境的电解液及二次锂电池

说明书

本发明提供一种适用于高温环境的电解液和二次锂电池，所述电解液包含锂盐和有机溶剂，其特征在于，所述锂盐由第一锂盐、第二锂盐和第三锂盐中的两种或三种组成，其中，所述第一锂盐为含氟磺酸锂或含氟磺酰基锂；所述第二锂盐为硼酸基锂；所述第三锂盐为钝化铝集流体同时具有强Lewis酸性的锂盐。所述有机溶剂由第一溶剂、第二溶剂和第三溶剂中的1～3种组成。本发明利用锂盐与溶剂之间的协同作用，在负极侧构建具有有机‑无机复合结构的SEI，有效抑制负极的体积膨胀和锂枝晶的生成，特别是硅负极和金属锂负极，结合电解液自身良好的热稳定性，从而使得使用该电解液的电池在高温环境下展现出良好的性能。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种适用于高温环境的电解液及其在高能量密度二次锂电池中的应用。

背景技术

二次锂电池作为一种重要的电化学储能器件，在消费电子、动力电池以及工业储能等领域具有广泛的应用前景。面对日益增长的市场需求，锂电池性能亟待进一步提升。

电解液的改进与优化对于锂电池性能的提升至关重要。目前商业用锂离子电池的电解液主要由锂盐(LiPF₆)和有机溶剂(碳酸乙烯酯(EC)，碳酸二甲酯(DMC)，碳酸二乙酯(DEC))组成。但目前电解液体系主要存在以下问题：(1)LiPF₆的热稳定性差，会分解形成具有极强Lewis酸性的PF₅，在痕量水存在的情况下，会分解形成HF，腐蚀电极材料、集流体以及电池壳，造成电池性能恶化(Nature Energy 2(2017)17108-17121；EnergyEnviron.Sci.7(2015)1905-1922；Chem.Rev.104(2004)4303-4417)；(2)电池在电化学循环过程中，LiPF₆电解液在高容量负极(例如，硅负极、锂金属表面)表面分解形成的SEI膜稳定性差，SEI膜破裂导致负极材料与电解液接触并持续发生副反应，引起电池库伦效率降低以及锂枝晶的产生，进一步导致电池性能恶化(Adv.Sci.3(2016)1500213-1500232；Chem.Rev.114(2014)11503-11618；Electrochimica Acta 55(2010)6332-6341；J.Am.Chem.Soc.138(2016)7918-7931)。上述现象在高温环境下更为严重。因此，目前使用商用LiPF₆电解液的锂电池在高温下性能不佳。目前的商用电解液还不能满足高温应用要求。

发明内容

因此，本发明的目的是为了克服目前商业用电解液热稳定性差而不能满足锂电池高温应用要求的缺点，提供一种可适用于高温环境同时可稳定高容量负极的电解液，并将其应用到高能量密度二次锂电池中，提高电池在高温环境下的性能。

在本发明中，所述“高温环境”是指二次锂电池领域所谓的高温环境，通常是指55℃及以上的环境，例如，55～80℃的环境。

本发明提供了一种适用于高温环境的电解液，所述电解液包含锂盐和有机溶剂，其中，所述锂盐由第一锂盐、第二锂盐和第三锂盐中的两种或三种组成，其中，所述第一锂盐为含氟磺酸锂或含氟磺酰基锂；所述第二锂盐为硼酸基锂；所述第三锂盐为钝化铝集流体同时具有强Lewis酸性的锂盐。

根据本发明提供的电解液，其中，所述第一锂盐的摩尔浓度可以为0.01～8mol/l。所述第二锂盐的摩尔浓度可以为0.01～3mol/l。所述第三锂盐的摩尔浓度可以为0.01～1mol/l。

根据本发明提供的电解液，优选地，所述锂盐由第一锂盐、第二锂盐和第三锂盐组成。