[发明专利]一种电解质溶液及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种电解质溶液及其制备方法和应用，属于材料技术领域。 

背景技术

自二十世纪七十年代初期提出可充放锂电池的概念，接着在九十年代初期由索尼(SONY)公司首先实现其商业化应用以来，可充放锂电池的基础研究和应用迅速成为国际电化学研究热点之一。其中有机电解质溶液的优化和选择是可充放锂电池研究中最富有挑战性的工作之一。可充放锂电池使用的有机电解质溶液是以适当的锂盐溶解在有机混合溶剂中形成的电解质溶液。作为可充放锂电池的电解质溶液，一般应满足以下要求：(1)离子电导率高，一般应达到10^-3～2*10^-2S/cm，锂离子迁移数要高；(2)电化学窗口宽，即电化学性能在较宽的电位范围内稳定；(3)热稳定性高，在较宽的温度范围内不发生分解；(4)化学稳定性高，即与电池体系的电极材料如正极、负极、集流体、粘结剂、导电剂和隔膜等不发生化学反应；(5)具有较低的界面转移电阻；(6)与目前主要使用的正负极材料兼容性好；(7)无毒、无污染、使用安全，最好能生物降解；(8)容易制备成本低。经过几十年的研究和实践，目前在商品化的可充放锂电池中使用的电解液一般选择六氟磷酸锂(LiPF₆)作为锂盐，溶剂多为碳酸乙烯酯(EC)与碳酸二甲酯(DMC)或者碳酸二乙酯(DEC)构成的混合溶剂。此类体系最终能够大规模使用，并非其各项指标具有突出的特性，而是其综合指标基本能满足现有可充放锂电池的要求。 

在电化学杂志(《J.Electrochem.Soc》)2001年，148期，1100页和化学评述(《Chemical Review》2004年，104期，4303页-4417页公开了以LiPF₆作为锂盐的电解液存在着两个显著不足之处： 

(1)热不稳定性，其原因在于：在溶液中，阴离子PF₆^-存在一个平衡：LiPF₆→LiF+PF₅(1)，而LiF属于强的Lewis酸，它和PF₅ 都倾向于和有机溶剂反应从而导致平衡向右进行。 

(2)同时P-F键对水非常敏感，即使是痕量的水也会引发如下反应：LiPF₆+H₂O→POF₃+LiF+2HF(2)，PF₅+H₂O→POF₃+2HF(3)，式(2)和式(3)产生的HF将促进正极材料的溶解，使其储锂容量逐渐衰减。 

同时以LiPF₆、LiClO₄、LiF、LiBF₄、LiCF₃SO₃、LiN(CF₃SO₂)₂、LiBC₄O₈(LiBOB)作为锂盐的电解质溶液，还普遍存在锂离子迁移数低的特点，一般这些电解质的锂离子迁移数小于0.3。在电解质溶液中，锂离子与阴离子均可以传导。锂离子的迁移数是指锂离子的电导率除以总的离子电导率。对于可充放锂电池而言，电解质溶液有效电荷转移的是锂离子，而非阴离子。因此低的锂离子迁移数将降低电解质溶液中有效的锂离子的电导率，增大电池内部的极化。这些电解质迁移数低的原因是锂离子与溶剂溶剂化后，溶剂化离子的半径相对于阴离子反而更大。 

在电化学杂志(《J.Electrochem.Soc》)1996年143期3825页和电化学杂志(《J.Electrochem.Soc》)1998年145期2813页曾报导指出采用硼基吸电子化合物与氮基吸电子化合物作为电解质溶液的添加剂的研究，该类添加剂促进了一些锂盐在溶液中的解离，如LiCF₃SO₃和LiF的解离，提高了溶液的总的离子电导率。