[发明专利]一种锂离子电池用水-醚类混合电解液及其制备方法

说明书

本发明涉及一种锂离子电池用水‑醚类混合电解液及其制备方法，属于锂二次电池技术领域。该混合电解液是由锂盐、水以及醚类溶剂混合得到的，具有较小的粘度、较高的离子电导率以及较宽的电化学稳定窗口；而且，该混合电解液能与电极材料生成致密的SEI膜，保护正负极不被腐蚀，保证常用的商业化电极材料能够进行正常充放电以及改善其电化学性能。所述混合电解液的制备过程简单，原料易得且安全无污染，适合大规模批量生产。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池用水-醚类混合电解液及其制备方法，属于锂二次电池技术领域。

背景技术

锂离子(Li-ion)电池为我们的数字和移动生活方式提供了大量方便。目前的锂离子电池多采用锂离子嵌入化合物为电极材料，电解液多数为无水且含锂离子的有机溶液。由于无水电解液具有较宽的电化学窗口，因此具有较高的能量及功率密度。虽然有机锂离子电池具有较多优势，但其使用的有机溶剂不仅有毒而且易燃，生产成本也因无水条件大大提高，而出于对安全、成本以及环境影响的担忧，它们在汽车电气化和电网存储等更具战略意义的重要领域中的使用大大受限。

不可燃和绿色的水系电解液可以解决上述问题，同时水系锂离子电池的生产成本大大降低。但是水系电解液的电化学稳定性窗口(1.23V)太窄，不能支持锂离子电池大多数化学电对的组合。同时，由于析氢反应的电位(2.21V～3.04V vs Li⁺/Li，取决于pH值)远远超过锂离子电池负极材料的电位，所以具有一定的挑战性。即使是微量的氢气，在循环过程中也会会严重破坏电极结构。在电化学中抑制氢析出的常见做法是调节碱度，使还原电位下移，以确保可以使用在中性或酸性条件下禁止的负极材料。然而，由于水性电解质的整体电化学稳定性窗口保持恒定，负极析氧稳定性受到相应的影响。在水系锂离子电池中1.5V的电压仍然会导致能量密度严重下降。

在常规的水性电解质中，固体-电解质间相(SEI)的动力学保护从未被认为是可能的。因为水的分解产物大多数为H₂、O₂或OH^-等，这些不足以形成致密的固态沉积物。在没有SEI膜的情况下，锂离子电池水的极限电压(1.5V)和低能量密度(70Wh/kg)，通常使电池容量衰减较快，同时具有较低的库仑效率。

最近报道一种新型的水-酯类混合电解液，其在与Li₄Ti₅O₁₂匹配下具有较好的循环稳定性。但是，此类混合电解液具有较高的粘度，导致了电池巨大的内部电阻和低电导率，造成严重的极化现象，同时不利于锂离子的传输。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种锂离子电池用水-醚类混合电解液及其制备方法，所述混合电解液具有高的离子电导率以及较宽的电化学稳定窗口，而且能与电极材料生成致密的SEI膜，保护正负极不被腐蚀，保证常用的商业化电极材料能够进行正常充放电以及改善其电化学性能；所述混合电解液的制备过程简单，原料易得且安全无污染，适合大规模批量生产。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种锂离子电池用水-醚类混合电解液，所述混合电解液是由锂盐、水以及醚类溶剂混合得到的，其中，锂盐在所述混合电解液中的浓度为10mol/L～20mol/L，所述混合电解液中水与醚类溶剂的质量比为(0.2～0.8)：1。

所述锂盐为LiN(SO₂CF₃)₂、LiCF₃SO₃和LiC(SO₂CF₃)₃中的一种以上；

所述醚类溶剂是含有醚基的有机化合物，优选四乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、乙二醇二甲醚、氟代醚、茴香醚、苯醚和冠醚中的一种以上。

本发明所述锂离子电池用水-醚类混合电解液的制备方法，所述制备方法步骤如下：