[发明专利]一种电解液及双离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及电化学技术领域，更具体地说，是涉及一种电解液及双离子电池。

背景技术

双离子电池是基于阴、阳离子分别在正、负电极上发生可逆电化学反应的储能器件，是一种以阴离子插嵌石墨作正极的新型二次电池，随着目前现代化社会能源结构的调整和新能源的开发利用，电极材料易得、环境友好、可应用于大规模储能的双离子电池成为近年来研究的焦点。双离子电池的电极分为炭系材料、金属化合物、有机小分子、聚合物等。其中以石墨作正极的双离子电池具有电极结构稳定、可逆电位高的优势。在充电过程中，阴离子嵌入石墨正极，与此同时阳离子在负极发生电化学反应，在放电过程中阴阳离子从正负极脱出回到电解液中，这就要求电解液中阴阳离子能完全解离。由此可见，电解液影响着电池的容量和循环性，甚至决定了电池能否具有实际应用的意义。目前用于双离子电池的电解液主要有：季铵盐有机系电解液、离子液体和锂盐有机系电解液。

对于阴离子插嵌石墨作正极的双离子电池体系，容量随充电电位的升高而增大，其最高可逆插嵌电位在5.2V左右。然而当电压充到5V左右时，常用有机溶剂会被氧化分解，因此电池的容量和循环性能都较差。一些研究者引进了离子液体来解决这一问题，但是由于离子液体粘度大、电导率低，导致其在室温下和电极表面浸润差，造成倍率特性低劣，使其难以在实际应用中推广。

具有宽电化学窗、高阳极稳定性、高介电常数的有机溶剂成为近年来研究高电压下阴离子插嵌石墨电极的热点溶剂，目前研究最多的主要是氟代碳酸乙烯酯，但在最新的报道由LiPF₆和FEC-EMC(质量比4：6)组成的电解液中，MCMB/Li正极半电池的插嵌容量最高只有85mAh/g，并且循环到180圈 时容量开始显著下降。因而，基于有机溶剂和锂盐构成电解液的阴离子插嵌石墨电极的容量和循环性能并未得到有效地改善。

因此，如何得到一种更适宜的电解液，能够改善双离子电池的容量和循环性能，已成为本领域前沿学者亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种电解液及双离子电池，尤其是一种用于双离子电池的电解液，本发明提供的使用了上述电解液的双离子电池的容量高且循环性能好。

本发明提供了一种电解液，所述电解液包括电解质和有机溶剂；

所述有机溶剂包括碳酸丁烯酯和链状碳酸酯的混合物。

优选的，所述有机溶剂中，所述碳酸丁烯酯占所述有机溶剂的体积百分比为0.1％～99.9％。

优选的，所述碳酸丁烯酯为碳酸1，2-丁烯酯。

优选的，所述链状碳酸酯为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯中的一种或多种。

优选的，所述电解质为锂盐。

优选的，所述锂盐在所述有机溶剂中的摩尔浓度为0.2mol/L～饱和浓度。

优选的，所述锂盐为六氟磷酸锂、六氟砷酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂或高氯酸锂。

本发明还提供了一种双离子电池，包括石墨正极、负极、介于正极和负极之间的隔膜与电解液，所述电解液为上述技术方案任意一项所述的电解液。

优选的，所述负极的材料为可与锂离子发生可逆电化学反应的材料。

优选的，所述隔膜的材料为玻璃纤维。

本发明提供了一种电解液，所述电解液包括电解质和有机溶剂；所述有机溶剂包括碳酸丁烯酯和链状碳酸酯的混合物。与现有技术相比，本发明以碳酸丁烯酯和链状碳酸酯的混合物作为电解液的有机溶剂，其中链状碳酸酯具有优良的抗氧化性，能够显著提高电解液的抗氧化能力，且粘度低，能够增加电解质的溶解度，显著提高电解液的电导率和双离子电池的倍率特性，而二者相互搭配混合，能够促进阴阳离子的解离和提高电解液的抗氧化能力， 从而有效的提高了双离子电池的容量和循环性能。实验结果表明，本发明提供的双离子电池的容量为60mAh/g～110mAh/g，循环800次后容量保持率为95％。

附图说明

图1为本发明实施例2、4制备的双离子电池的充放电曲线；

图2为本发明实施例1～6制备的双离子电池放电比容量随碳酸1，2-丁烯酯体积含量的变化曲线；

图3为本发明实施例2制备的双离子电池放电容量和库仑效率随循环次数的变化曲线；

图4为本发明实施例3制备的双离子电池放电容量和库仑效率随循环次数的变化曲线；

图5为本发明实施例4制备的双离子电池放电容量和库仑效率随循环次数的变化曲线。

具体实施方式