[发明专利]含有一元氧基三氟化硼盐的电解质及其制备方法和应用

说明书

本申请提供一种含有一元氧基三氟化硼盐的电解质及其制备方法和应用，其中，所述电解质包括结构如通式Ⅰ所示的三氟化硼盐。本申请提供的电解质，可以作为功能添加剂在电极表面形成钝化膜，阻止电极对电解质各组分的分解；可以作为主盐，主要作用是为电池提供可传输的离子，次要作用为在电极表面形成钝化膜；可以原位/非原位聚合成为单离子导体聚合物电解质兼高分子骨架应用，为电池提供较高的离子电导率、较高的电化学稳定性、较优异的机械性能。因而由该电解质制备的电池具有优异的长循环稳定性、良好的电池寿命，并且原料价格低廉，具有良好的经济效益。

技术领域

本申请涉及电池技术领域，特别涉及一种含有一元氧基三氟化硼盐的电解质及其制备方法和应用。

背景技术

电解质是二次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。

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，即使用高电压高容量正极材料和低电压高容量负极材料；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。

以锂电池为例，目前锂电池中，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。电解质包括液态电解质和固态电解质，液态电解质为盐和非水溶剂的混合物，按照溶剂类型分为碳酸酯类电解质和醚类电解质；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、电化学窗口较窄、对正极不稳定；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以液态电解质居多，少数使用聚合物电解质。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显得尤为重要。此外，当高电压正极、低电压负极匹配常规液态电解质时，在首周会消耗部分从正极脱出的锂离子，而在正负极颗粒表面形成只导离子、不导电子的钝化层，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，电池很快失效。钠离子电池也存在类似问题。

常常在液态电解质中加入一些添加剂来提高电池性能，如氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯等，但常规液态电解质添加剂中常常不含可以解离的离子，只能通过消耗正极的离子来形成表面钝化层，因此首效和放电比容均比较低。若添加的盐/添加剂能在电极表面形成一层传导离子且稳定性好的钝化层，那么可以将电化学窗口窄的液态电解质、聚合物电解质应用于高电压电池体系中。此外，目前商用的盐价格均非常高，造成整个电池的成本也比较高，若有一类新的盐或代替现有技术盐的其它盐类能够兼顾高性能和低成本，那么电池的价格必将大大降低。