[发明专利]高安全型有机电解液、二次电池及制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种高安全型有机电解液、二次电池及制备方法和应用。该有机电解液包括盐，磷酸酯和氟代醚，不包括碳酸酯；盐为锂盐或钠盐；磷酸酯的结构式如式(1)或式(2)所示；氟代醚的结构式如式(3)所示；磷酸酯的体积为有机电解液的体积的20‑65％；锂盐相对于磷酸酯的浓度为大于等于3.5mol/L；钠盐相对于磷酸酯的浓度为大于等于3mol/L。本发明的高安全型有机电解液具有不燃性，而且与电极材料和PP/PE隔膜具有良好的兼容性和润湿性，使用该有机电解液得到的二次电池具有很高的安全性和良好的充放电性能，库伦效率高且稳定，制造成本低。

技术领域

本发明涉及一种高安全型有机电解液、二次电池及制备方法和应用。

背景技术

二次电池，尤其是锂离子电池，随着3C市场、新能源汽车及智能电网储能市场的广泛应用，关于电池的开发除了需要提升电池能量密度以外，电池的安全性显得尤为重要。一般商业化的锂离子电池采用传统的碳酸酯类电解液，此类电解液有较高的可燃性，在电池使用不当或受到外界碰撞等因素时容易引起电池起火，爆炸等安全性问题。钠离子电池作为新兴的二次电池，其在大规模储能以及低速电动车方面具有潜在的应用优势，目前钠离子电池研发的电解液也多采用碳酸酯类电解液，其安全性问题同锂离子电池一样是开发者关注的热点。

有机磷系化合物通常被作为一种常用的阻燃型添加剂应用于常规的碳酸酯类电解液中，以达到一定程度的阻燃效果(J.Electrochem.Soc.,149(5)A622-A626,2002)。但是，为了不影响电解液的电化学性能，一般阻燃添加剂的含量较小，在实际情况下对电解液的阻燃效果不明显。高浓度盐能有效地解决磷酸酯类化合物在电池体系中的不稳定，2006年，Koichi Kibe等提出了可以在电池中应用大量磷酸酯不可燃溶剂的高浓度盐，(J.Electrochem.Soc.153(1)A135-A139,2006)。近来，Jun Liu(Nature energy,3(2018)674-681,)以及Atsuo Yamada(Nature energy,3(2018)22-29,2018)发表了采用磷酸酯为单一溶剂的高浓度盐不可燃电解液研究结果，其研究结果表明，在高浓度盐的情况下，该电解液能形成有效的电极界面保护层，可以使溶剂不被还原而稳定存在。

但是，在商业化应用中，锂盐或钠盐作为电解液的主要材料，是电解液成本的重要来源，高浓度盐电解液的成本将大大提升，不利于实际推广应用。而且，采用高浓度盐，电解液的粘度将大大上升，而电导率也会下降，进一步影响电池的倍率特性。因此，虽然高浓度盐磷酸酯类电解液体系可解决安全性问题，但实际应用却依然存在很多挑战。

发明内容

本发明实际所要解决的技术问题是为了克服现有技术中锂/钠二次电池用电解液的阻燃性能较差，易引起电池起火，高浓度盐磷酸酯类电解液成本高、粘度大、导电率低最终导致电池的倍率特性较差等缺陷，提供了一种高安全型有机电解液、二次电池及制备方法和应用。本发明的高安全型有机电解液具有不燃性，而且与电极材料和PP/PE隔膜具有良好的兼容性和润湿性，使用本发明的有机电解液应用于二次电池中，可采用金属锂或钠作为负极，得到的二次电池具有很高的安全性，具有高且稳定的库伦效率，具有良好的充放电性能，且制造成本低。

目前，常规使用的电解液为碳酸酯类，再添加磷酸酯类作为阻燃剂，而由于加入磷酸酯类电解液性能会变差，因此需要加入添加剂来减缓磷酸酯的副作用。若大量使用磷酸酯类，一般电池的电化学性能会变差，进而采用高浓度盐，而实际高浓盐的成本高，且电解液粘度大，很难实际应用。本发明采用常规盐浓度，配合使用不可燃磷酸酯和不可燃氟代醚，无需任何添加剂，仍然具有优异的电化学性能，相对于碳酸酯类电池具有更加稳定的效果，采用金属锂或钠作为负极的地池具有更高的库伦效率。

本发明通过以下技术方案解决上述技术问题。

本发明提供了一种有机电解液，其包括盐，磷酸酯和氟代醚，不包括碳酸酯；其中，所述盐为锂盐或钠盐；