[发明专利]一种锂金属电池用阻燃电解液及其制备方法与应用

说明书

本发明提供一种锂金属电池用阻燃电解液及其制备方法与应用，属于锂电池技术领域。该电解液由锂盐和有机溶剂组成，其中有机溶剂包括氟代环状碳酸酯类、氟代链状碳酸酯类和磷腈类衍生物。本发明提供了一种锂金属电池用阻燃电解液的制备方法。本发明还提供含有上述锂金属电池用阻燃电解液在高电压锂金属电池中的应用。本发明中的电解液以氟代环状碳酸酯和氟代链状碳酸酯为主溶剂，基于氟原子引入后的积极作用，大大提高了电解液的耐氧化能力，更好的与高电压正极匹配。更重要的是氟化溶剂能够调控锂离子的脱溶剂化过程，改善了锂离子在金属锂表面的沉积，减少锂枝晶的形成。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种锂金属电池用阻燃电解液及其制备方法与应用。

背景技术

随着电动汽车、储能和便携式电子产品对高能量密度(＞350Wh kg^-1)可充电电池的需求不断增加，开发新型电池体系对于克服商用锂离子电池的缺点是必不可少的。

相比于锂离子电池，锂金属电池主要采用锂金属作为负极，由于其比容量高达3860mAh g^-1是目前商业锂离子电池石墨负极比容量(372mAh g^-1)的10倍且具有极低的氧化还原电位(-3.04V vs.SHE)，因而在相同的质量下可以输出更多的容量。此外，采用高电压正极(如钴酸锂正极，三元层状氧化物正极和富锂锰基正极等)搭配锂金属负极能够进一步提升电池的能量密度。然而，目前商用碳酸乙烯酯(EC)基电解液不但易在高电压正极(＞4.3V vs.Li/Li⁺)表面发生氧化分解，而且还会与金属锂发生副反应，使得电解液在循环过程中被大量消耗，导致电池内阻增大从而加剧电池极化，造成锂金属负极的库伦效率和循环稳定性降低。同时，受溶剂化作用的影响，锂离子在脱溶剂化过程中也易在锂金属负极表面产生不均匀沉积，造成死锂或锂枝晶。锂枝晶的生长和死锂的堆积会刺穿隔膜导致电池短路，导致瞬时产生大量的热，极易点燃有机电解液造成电池热失控甚至发生爆炸，存在极大的安全隐患，严重阻碍了锂金属电池的发展。开发一种既与高电压正极兼容又与金属锂匹配的阻燃电解液有望从根本上解决上述这一难题，具有实际应用意义。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的电解液在应用于锂金属电池中易导致燃烧和爆炸的问题，而提供一种锂金属电池用阻燃非水电解液及其制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

一种锂金属电池用阻燃电解液，由锂盐和有机溶剂组成，其中有机溶剂包括氟代环状碳酸酯类、氟代链状碳酸酯类和磷腈类衍生物。

优选地，所述锂盐、氟代环状碳酸酯类、氟代链状碳酸酯类和磷腈类衍生物的摩尔比为1:(2～6):(2～6):(0.1～0.7)。

优选地，所述锂盐为四氟硼酸锂(LiBF₄)、高氯酸锂(LiClO₄)、六氟磷酸锂(LiPF₆)、双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)和二氟草酸硼酸锂(LiDOFB)中的至少一种。

优选地，所述氟代环状碳酸酯类为氟代碳酸乙烯酯(FEC)、双氟代碳酸乙烯酯(DFEC)、三氟甲基碳酸乙烯酯(TFPC)及其衍生物中的至少一种。

优选地，所述氟代链状碳酸酯类为氟代碳酸甲乙酯(FEMC)、2,2,2-三氟代碳酸甲乙酯(MTFEC)、2,2,2-三氟代碳酸二乙酯(ETFEC)、二(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯(DTFEC)和2,2,2-三氟代碳酸乙丙酯(PTFEC)及其衍生物中的至少一种。

优选地，所述磷腈类衍生物为甲氧基五氟环三磷腈、乙氧基五氟环三磷腈(PFPN)、三氟乙氧基五氟环三磷腈、五氟苯氧基环三磷腈(POPFPN)、五氟丙氧基五氟环三磷腈(HFPN)及其衍生物中的至少一种。