[发明专利]一种高电压不燃稀释高浓电解液、其制备和应用

说明书

本发明属于锂离子/锂金属电池安全技术领域，更具体地，涉及一种高电压不燃稀释高浓电解液、其制备和应用。所述电解液是由锂盐、不燃磷酸酯溶剂、稀释剂和阻燃添加剂组成的具有的一种高电压不燃稀释高浓电解液。所述电解液不仅成功解决了不燃磷酸酯溶剂与Li⁺在石墨负极中的共嵌入问题，而且能够保证金属锂在沉积‑剥离过程中获得接近99.0％的库伦效率，另外，高电压三元正极在所述电解液中也具有稳定的长循环表现，因此所述电解液适用范围极其广泛，让兼具高安全性的高能量密度锂离子/锂金属电池的构建成为可能。

技术领域

本发明属于锂离子/锂金属电池安全技术领域，更具体地，涉及一种高电压不燃稀释高浓电解液、其制备和应用。

背景技术

在电动汽车产业链的推动下，高能量密度的锂离子电池技术层出不穷，这使电动汽车实现长续航成为了可能。通常，在正常使用条件下锂离子电池具有较高的安全性，但在滥用过程中(如：高温、针刺、过充、挤压等)则容易造成电池出现热失控问题，对于高能量密度锂离子电池而言，该问题则更加严重。近年来，因电池热失控造成电动汽车起火爆炸事件屡见不鲜，这也激起了人们对电池安全问题的广泛关注。

针对锂离子电池安全事故起因，我们需要结合电池内部组成和结构来开发高安全性的锂离子电池。目前商品化的锂离子电池均采用易燃的碳酸酯电解液，当电池内部出现短路急剧升温后，电池内部的电解液会迅速燃烧释放大量的热量同时造成电池起火爆炸。现阶段，提高电池电解液的安全性最有效的方法是在常规碳酸酯电解液中引入阻燃添加剂。

有机磷酸酯类阻燃溶剂因具有成本低、技术成熟、阻燃性好等优点而成为高安全性锂离子电池开发领域最重要的研究方向，但该溶剂在石墨负极中的应用却始终难以更进一步，其原因是在储锂过程中，有机磷化合物与Li⁺会在石墨负极发生共嵌入。近期专利文献CN110048163A开发了一种以不燃磷酸酯或亚磷酸酯一种或多种为主溶剂，以双三氟甲烷磺酰亚胺锂和硝酸锂混合盐为锂盐的电解液，金属锂负极在该电解液中实现了长寿命稳定循环，但该电解液无法与石墨负极相兼容，这严重限制了它的进一步应用；为此，专利文献CN108539274A和CN109216763A开发的高浓度磷酸酯不燃电解液解决了磷化合物共嵌入问题，成功提升了石墨负极的储锂效率，但高浓度电解液粘度高，对隔膜和电极浸润性差，电池循环性能不佳，且成本高，难以规模化应用。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种高电压不燃稀释高浓电解液，该电解液以不燃磷酸酯作为主溶剂，以含氟芳香类溶剂作为稀释剂，并添加有阻燃添加剂，该电解液不仅克服了高浓度电解液的劣势，而且能够同时兼容石墨负极、金属锂负极和高电压三元正极，阻燃温度范围宽，在一定程度上解决了高能量密度电池热失控问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种高电压不燃稀释高浓电解液，包含锂盐、不燃磷酸酯、稀释剂和阻燃添加剂；其中：

所述不燃磷酸酯具有如式(一)所示的结构通式：

其中，R₁和R₂各自独立地为碳数为1～10的烷基和碳数为1～10的卤代烷基中的一种，R₃表示碳数为1～10的烷基或碳数为1～10的烷氧基。

进一步优选地，R₁和R₂各自独立地为碳数为1～6的烷基和碳数为1～6的卤代烷基中的一种，R₃表示碳数为1～6的烷基或碳数为1～6的烷氧基

优选地，所述稀释剂为含氟芳香类稀释剂。

优选地，所述稀释剂为碳数为6～12的含氟芳香类稀释剂。

优选地，所述锂盐选自六氟磷酸锂、双(氟磺酰)亚胺锂、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂、四氟硼酸锂、二草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、高氯酸锂、六氟砷化锂及它们的衍生物中的任意一种或两种以上按任意比例混合。