[发明专利]一种饱和杂链类三元电解质及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种饱和杂链类三元电解质及其制备方法和应用，所述电解质包括以下通式I所表示的饱和杂链类三氟化硼盐：R、R₁或R₄独立地为无或含有至少一个原子的第一链；且R、R₁和R₄不同时为无；R、R₁、R₂、R₃或R₄中的任意一个原子上连接有‑R₅‑OBF₃M；R₂、R₃或R₅独立地为无或含有至少一个原子的第二链；M为金属阳离子；第一链和第二链均为饱和链；第一链和第二链中的任意一个C上的H均可独立地被取代基取代，所述第一链、第二链以及链式取代基中含有至少一个非碳的杂原子。本申请中的三氟化硼盐可作为电池中的添加剂应用，其可应用于液态电池、混合固液电池、半固态电池、凝胶电池、准固态电池、全固态电池中，效果佳。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种饱和杂链类三元电解质及其制备方法和应用。

背景技术

电解质是电池的重要及必要组成，电池具有高能量密度、高电压、循环次数多、储存时间长等优点，自从商业化以来，被广泛应用于电动汽车、储能电站、无人机、便携式设备等各个方面，无论哪种应用方向，均迫切需要在保证电池安全性的前提下提高电池的能量密度和循环性能。

目前发展的液态电池主要包括正极、负极、电解质和隔膜，提高电池的能量密度就是要提高电池的工作电压和放电容量，即将高电压高容量正极材料和低电压高容量负极材料匹配使用；提高电池的循环性能主要是提高电解质与正负极之间形成的界面层的稳定性。

以液态锂电池为例，常用的正极材料包括高电压钴酸锂(LCO)、高镍三元(NCM811、NCM622、NCM532和NCA)、镍锰酸锂(LNMO)、富锂(Li-rich)等；常用的负极材料包括金属锂、石墨、硅碳、硅氧碳等；常用的隔膜主要为聚乙烯、聚丙烯多孔膜；液态电解质为非水溶剂与锂盐的混合物，按照溶剂类型分为碳酸酯类液态电解质和醚类液态电解质，盐主要包括六氟磷酸锂、高氯酸锂、双(三氟甲基)磺酰亚胺锂、双氟草酸磷酸锂等。碳酸酯类和醚类溶剂电化学窗口较窄，易被高电压正极材料氧化分解，导致产气严重、液态电解质逐渐耗干，电池迅速失效。目前主要有两种解决方法，方法一是在液态电解质中加入功能添加剂，方法二是将液态电解质部分或全部被替换成固态电解质。

对于方法一，液态电解质中添加一些功能添加剂，如氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯等，首周充放电过程中在电极表面形成一层钝化层，抑制电极对液态电解质的分解，提高电池的放电比容量、循环寿命。但往往常规液态电解质添加剂中不含可以解离的离子，只能通过消耗正极的离子来形成只导离子、不导电子的表面钝化层，若形成的钝化层不稳定，随着循环次数的增加，钝化层不断破坏、形成，因此不断消耗电池中的活性锂离子，导致电池首周放电容量较低、容量衰减严重，电池依然很快失效。若将功能官能团与可以提供离子的基团结合在一起，使添加的盐/添加剂既能在电极表面形成一层传导离子、且稳定性好的钝化层，且较少消耗来自于正极的离子，那么可以将电化学窗口窄的液态电解质应用于高电压电池体系中。

对于方法二，将液态电解质被部分或全部替换成固态电解质。固态电解质主要包括聚合物电解质、无机氧化物电解质、硫化物电解质。其中，硫化物电解质对空气极其敏感易产生硫化氢、电化学窗口较窄、对氧化物的正极材料不稳定；氧化物电解质硬度太大、脆性大；聚合物电解质电化学窗口不宽、电导率低、离子迁移数低。因此目前常用的电解质依然以液态电解质或半固态电解质居多，二次电池以液态电池或半固态电池居多。钠离子电池也存在类似问题。开发电导率较高、电化学窗口宽、离子迁移数高的单离子导体聚合物电解质也显得尤为重要。