[发明专利]一种电解液及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种电解液及其制备方法和应用，所述电解液包括锂盐、离子液体和润湿剂，所述润湿剂为氟代醚类化合物，所述电解液中锂盐的局部浓度大于2mol/L；通过加入高浓度的锂盐，可以均匀化电解液中的锂离子分布，有效降低电解液体系中的锂离子的浓度梯度，有利于抑制锂枝晶；FSI阴离子型离子液体和氟代醚类化合物的降解还原可以在电极表面形成高氟含量的钝化固体电解质膜，可有效提高电池循环稳定性和库仑效率；且氟代醚类化合物可与离子液体互溶但不溶解锂盐，不会改变锂离子的局部高浓度分布，同时可以有效降低电解液粘度，加速锂离子迁移，提高其离子电导率和隔膜浸润性，显著改善电池循环和倍率性能。

技术领域

本发明属于电池领域，涉及一种电解液及其制备方法和应用，尤其涉及一种局部高浓度离子液体基电解液及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，随着现代纯电动汽车的快速发展，人们对于其动力储能电池的安全性和高能量密度提出了越来越高的要求。作为最具潜力的负极材料，锂金属以其最低的电化学电位(-3.04V vs.标准氢电极)、低密度(0.534g cm^-3)和高的理论克容量(3860mAh g^-1)而备受广大学者和研究人员的青睐。然而，不可控的锂枝晶生长和传统碳酸酯类电解液的易燃性问题严重影响了锂金属二次电池的安全性，一旦锂枝晶刺穿隔膜，整个电池会因为短路而造成热失控，电池内部温度会急剧上升，加剧内部高温副反应，导致内压急剧增大，同时传统有机电解液极易参与燃烧反应，极大程度上增加了电池爆炸燃烧风险。因此，安全性问题严重限制了锂金属二次电池的发展和应用。

一直以来，离子液体以其低的饱和蒸气压、宽的电化学窗口、优异的热稳定性和阻燃性而受到广大研究学者的关注，广泛应用于二次电池、太阳能电池、双电层电容器、金属电沉积等领域。作为锂二次电池领域极具前景的高安全性电解液，离子液体在实际应用过程中也普遍存在着室温下粘度大、离子电导率低、隔膜浸润性差等问题，导致电池循环和倍率性能差，同时成本很高，极大程度上限制了离子液体电解液的发展和应用。

相比传统的碳酸酯类溶剂，离子液体作为电解液的溶剂可以有效增加电解液的阻燃性和耐高电压性，同时加入高浓度的锂盐可以均匀化电解液中的锂离子分布，有效降低充放电过程电极附近的锂离子浓度梯度，使锂离子以更加均匀的方式进行沉积/溶解电化学行为，从而促进大颗粒的锂沉积、抑制锂枝晶的生长。同时高浓度的阴离子降解还原可以在碳负极材料和金属负极表面形成一层更坚固的钝化固体电解质膜(SEI)，大大地提高了电池循环稳定性。但是由于离子液体粘度太大，不利于阳离子在电解液中的快速移动，导致离子液体电解液的电导率太低、对隔膜的浸润性太差。而且锂盐和离子液体都较贵，这类电解液的成本太高，不利于其广泛应用。

因此，提供一种既能够降低成本和粘度，又能够提高隔膜浸润性以及室温离子电导率，还能够提高锂离子电化学性能的新型电解液非常有必要。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种电解液及其制备方法和应用，所述电解液中加入高浓度锂盐可以均匀化电解液中的锂离子分布，有效降低充放电过程电极附近的锂离子浓度梯度，使锂离子以更加均匀的方式进行沉积/溶解电化学行为，从而促进大颗粒的锂沉积、抑制锂枝晶的生长。同时采用FSI(双氟磺酰亚胺)阴离子型离子液体搭配低粘度高氟含量的氟代醚类化合物，FSI阴离子和氟代醚类化合物的降解还原可以在电极表面形成一层高氟含量的钝化固体电解质膜(SEI)，可有效提高电池循环稳定性以及库仑效率。同时该氟代醚类化合物可与离子液体互溶但是不溶解锂盐，不会改变锂离子的局部高浓度分布，同时可以有效降低电解液粘度，加速锂离子迁移，提高其离子电导率和隔膜浸润性，显著改善电池循环和倍率性能。同时，这种电解液采用的都是不燃的溶剂，大大提高了电池的安全性能。