[发明专利]一种混合阴离子型电解液及双离子电池

说明书

本发明涉及一种混合阴离子型电解液及双离子电池，涉及电化学技术领域。本发明的混合阴离子型电解液包括电解质和有机溶剂；电解质为LiPF₆和LiTFSI二者的混合物。与现有技术相比，本发明提供的混合阴离子型电解液中，LiTFSI是一种常用的电解质盐，有着良好的电化学稳定性和热稳定性，但其形成的常规浓度电解液抗氧化性比较弱，无法承受双离子电池运行中石墨正极的高工作电势；而LiPF₆具有优良的抗氧化性，添加到电解液中能够显著提高电解液的抗氧化能力，保障阴离子在高电势下顺利插嵌石墨正极。在混合阴离子型电解液中，这两种电解质盐相互搭配、混合、协同，在避免常规浓度的电解液分解的同时能大幅度提高双离子电池的放电容量。

技术领域

本发明涉及电化学技术领域，具体涉及一种混合阴离子型电解液及双离子电池。

背景技术

双离子电池是一种通过阴、阳离子分别在正、负极上的同步可逆存储来实现电化学储能的新型可充电池。与其它常规电化学储能器件相比，双离子电池有以下几个优势：(1)更高的输出电压；(2)石墨正极材料对环境友好、价格低廉；(3)更丰富的阳离子选择，是潜在的取代锂离子电池的电化学储能技术之一。在双离子电池中，阴、阳离子同时参与电化学过程而电解液又是唯一的离子来源，因而电解液的选择变得尤为关键，直接影响双离子电池的电化学性能。现阶段，应用于双离子电池的电解液主要有三类：离子液体、传统有机电解液和超浓水系电解液。相较于离子液体的复杂制备过程以及超浓水系电解液的昂贵价格，传统有机电解液凭借其简便的制备过程以及低廉的成本在将来大规模实际运用双离子电池中具有独特的优势。

然而，现阶段与双离子电池中的石墨正极兼容的有机电解液屈指可数，通常是以六氟磷酸锂(LiPF₆)溶链状碳酸酯为主，如：LiPF₆–EMC(碳酸甲乙酯)等，主要是因为电解质盐和溶剂组合形成的电解液的抗氧化能力比较强，同时EMC溶剂化PF₆^–容易插嵌石墨正极。相反地，以双三氟甲磺酰亚胺锂(LiTFSI)溶EMC形成的常规浓度电解液1M LiTFSI–EMC，或LiPF₆溶环状酯如碳酸乙烯酯(EC)、γ-丁内酯(GBL)形成的常规浓度电解液1M LiPF₆–EC或1M LiPF₆–GBL运用于以石墨为正极材料的双离子电池，均无法获得可观的阴离子储存容量。这主要是由于常规浓度的LiTFSI型有机电解液抗氧化性较弱、高电势下易分解以及EC溶剂化PF₆^–和GBL溶剂化PF₆^–难以插嵌石墨正极所致。

因此，在双离子电池体系中，如何利用这些具有适宜的低成本的有机电解液(如常规浓度的LiTFSI型有机电解液或1M LiPF₆–EC或1M LiPF₆–GBL)，解决它们与石墨正极兼容性差的缺点，进而改善双离子电池中的石墨正极容量性能，是本领域前沿学者亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决现有技术中的技术问题，提供一种混合阴离子型电解液及双离子电池。本发明提供的混合阴离子型电解液不仅具有优异的电化学性能，而且将本发明的电解液运用到双离子电池中，既能避免电解液的分解，也能提升双离子电池的放电容量。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

本发明提供一种混合阴离子型电解液，包括电解质和有机溶剂；

所述电解质为六氟磷酸锂(LiPF₆)和双三氟甲磺酰亚胺锂(LiTFSI)二者的混合物。

在上述技术方案中，优选的是，所述电解质中，所述LiPF₆占所述电解质的摩尔百分比为40％～99.9％，LiTFSI占所述电解质的摩尔百分比为60％～0.1％。