[发明专利]一种宽温区高浓度双盐阻燃电解液及其在高镍锂离子电池的应用

说明书

本发明公开了一种宽温区高浓度双盐阻燃电解液，由两种主锂盐和阻燃有机溶剂组成。其中，所述两种主锂盐为氟代烷氧基硼酸锂和磺酰亚胺锂，总浓度为3mol/L～10mol/L；所述阻燃有机溶剂为磷酸酯类化合物与低凝固点酯类化合物的混合有机溶剂。本发明所提供的电解液兼具阻燃性能优异、工作温度范围宽、离子电导率高、电化学窗口宽等优点。本发明还公开了上述电解液在下一代高镍锂离子电池中的应用。

技术领域

本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种宽温区高浓度双盐阻燃电解液及其在高镍锂离子电池的应用。

背景技术

锂离子电池(LIBs)自20世纪90年代成功商业化以来，从便携式消费电子产品到大型电动汽车(EVs)和可再生能源存储系统(ESSs)，已经遍及我们的日常生活中。但目前，LIBs的“续航里程”问题日益突出。高镍材料锂镍钴锰氧(LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂)和锂镍钴铝氧(LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂)具有高容量、高电压特性，作为提高LIBs能量密度的一种选择引起了人们的极大兴趣(参见Hyung-Joo Noh等，J.Power Sources 2013,233:21-130；JunhyeokKim等，Adv.Energy Mater.2018,8(6):1702028)。然而，基于NCM或NCA的LIBs的大规模商业化进程，受到了热失控风险增加的严重阻碍(参见Gaojie Xu等，Energy StorageMaterials 2020,31:72-86)。电解液在触发LIBs热失控过程中起着至关重要的作用，而传统的LiPF₆基碳酸酯电解液具有热不稳定性且易燃(参见Gaojie Xu等，Adv.EnergyMater.2018,8(9):1701398；Angew.Chem.Int.Ed.2020,59(9):3400-3415)。因此，提高LIBs安全性的最重要策略之一是用热稳定的锂盐来配制阻燃电解液。

磷酸酯类化合物作为LIBs阻燃溶剂/添加剂得到了广泛的研究。但磷酸酯类化合物与石墨负极的电化学相容性较差(参见Xianming Wang等，J.Electrochem.Soc.2001,148(10):A1066-A1071)。随着高浓电解液的迅速发展，研究表明，磷酸酯基的高浓电解液与石墨负极具有较高的相容性(参见Xianming Wang等，J.Electrochem.Soc.2006,153(1):A135-A139；Ziqi Zeng等，Nat.Energy 2018,3(8):674-681)。然而，磷酸酯基高浓电解液仍然存在粘度高、离子电导率低的缺点。因此，需要低粘度、低凝固点共溶剂与磷酸酯类化合物配合使用来降低电解液的粘度，提高离子导电率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于高镍锂离子电池的宽温区高浓度阻燃电解液。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种宽温区高浓度双盐阻燃电解液，由锂盐和阻燃有机溶剂组成，所述锂盐为氟代烷氧基硼酸锂和磺酰亚胺锂，所述阻燃有机溶剂为磷酸酯类化合物与低凝固点(-100℃～0℃)酯类化合物的混合有机溶剂；其中，电解液中两种锂盐的总浓度为3mol/L～10mol/L。

所述的氟代烷氧基硼酸锂的结构如通式a或b所示：

式中，R为C1-C9氟代烷基、至少被一个C5-C9氟代环烷基取代的C1-C9烷基或至少被一个芳基取代的C1-C9氟代烷基。

所述的氟代烷氧基硼酸锂通式中的R可相同或不同为

所述的磺酰亚胺锂为双(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiTFSI)或双(氟磺酰)亚胺锂(LiFSI)。