一種含氟磺酰亞胺基鋰鹽非水電解液及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于不對(duì)稱(氟磺酰)(多氟烷氧基磺酰)亞胺鋰為導(dǎo)電鹽的非水電解液，該非水電解液具有熱穩(wěn)定性高，耐氧化還原能力強(qiáng)，無(wú)鋁箔腐蝕性等特點(diǎn)。在無(wú)添加劑情況下，該電解質(zhì)材料與鋰離子電池電極材料具有較好的相容性，同時(shí)，該電解質(zhì)材料比LiPF6具有更好的室溫及高溫循環(huán)穩(wěn)定性，可以作為非水電解液添加劑用于改善基于LiPF6電解液的高溫循環(huán)及存儲(chǔ)性能。
【專利說(shuō)明】一種含氟磺酰亞胺基鋰鹽非水電解液及其應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于新材料和電化學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及含氟磺酰亞胺基鋰鹽非水電解液及其在鋰離子電池中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]非水電解質(zhì)是二次鋰(離子)電池等儲(chǔ)能器件的關(guān)鍵材料之一，其綜合性能(如化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性，安全性等)直接影響電池的使用。目前，商業(yè)化的鋰電池電的解質(zhì)主要是由有機(jī)碳酸酯(如碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯等)和導(dǎo)電鹽(主要是LiPF6)組成。該體系中有機(jī)碳酸酯的易燃和易揮發(fā)性是目前電池體系的主要安全隱患(如燃燒、爆炸、泄漏等)。同時(shí)，一般認(rèn)為L(zhǎng)iPF6熱穩(wěn)定性差、易于水解等性能缺陷，導(dǎo)致在高溫時(shí)(>55°C )或者水分含量略高時(shí)，使用LiPF6的非水電解液的鋰離子電池，其電化學(xué)性能和安全性能顯著下降。目前，通過(guò)添加各種功能性添加劑，改善和提高LiPF6非水電解液的高溫性能以及減弱對(duì)水的敏感性，是改善和提高LiPF6鋰離子電池高溫電化學(xué)性能的主要技術(shù)發(fā)展方向。例如，通過(guò)加入銨基、環(huán)醚或環(huán)狀羧酸酯等化合物(中國(guó)專利 CN101601163; Electrochem.Solid-State Lett.，12 (2009) A229)，加入路易斯酸氟硼化物(美國(guó)專利 US6022643; J.Power Sources 193(2009)834)或堿(J.Electrochem.Soc.152(2005)A1361)，加入新型鋰鹽二氟草酸硼酸鋰(LiDFOB)或四氟草酸磷酸鋰(LTFOP)(中國(guó)專利 CN101635379, Electrochem.Solid-State Lett.13 (2010) All)等。這些通過(guò)在LiPF6非水電解液中加入各種功能性添加劑，提高電解液穩(wěn)定性的技術(shù)手段，盡管在一定程度上改善鋰離子電池的高溫性能，但是，并沒(méi)有從根源上改變和徹底消除LiPF6受熱分解的本質(zhì)特性。
[0003]開(kāi)發(fā)具有優(yōu)異化學(xué)和電化學(xué)性能的新型鋰鹽替代LiPF6，被認(rèn)為是徹底解決鋰離子電池高溫性能的有效途徑，也是鋰離子電池電解液技術(shù)發(fā)展的重要方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一系列基于新型不對(duì)稱結(jié)構(gòu)的(氟磺酰)(多氟烷氧基磺酰)亞胺的鋰鹽作為鋰離子電池電解質(zhì)材料的非水電解液。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:一種非水電解液，由導(dǎo)電鋰鹽電解質(zhì)材料、有機(jī)溶劑和添加劑組成；所述導(dǎo)電鋰鹽電解質(zhì)材料是不對(duì)稱(氟磺酰)(多氟烷氧基磺酰)亞胺鋰鹽或不對(duì)稱(氟磺酰)(多氟烷氧基磺酰)亞胺鋰鹽與其他導(dǎo)電鋰鹽組成的混合物；各組分的重量百分比為:不對(duì)稱(氟磺酰)(多氟烷氧基磺酰)亞胺鋰鹽
0.01 - 30wt%、其他鋰鹽0- 15wt%、有機(jī)溶劑60 - 90wt%、功能添加劑0.01 - 10wt%。
[0006]所述不對(duì)稱(氟磺酰)(多氟烷氧基磺酰)亞胺鋰鹽(簡(jiǎn)稱Li [RfOFSI])的結(jié)構(gòu)如式(1)所示:
[0007]
【權(quán)利要求】
1.一種非水電解液，由不對(duì)稱(氟磺酰)(多氟烷氧基磺酰)亞胺鋰鹽或不對(duì)稱(氟磺酰)(多氟烷氧基磺酰)亞胺鋰鹽與其他導(dǎo)電鋰鹽組成的混合物、有機(jī)溶劑和添加劑組成；各組分的質(zhì)量百分比為:不對(duì)稱(氟磺酰)(多氟烷氧基磺酰)亞胺鋰鹽0.01 - 30wt%、其他鋰鹽O - 15wt%、有機(jī)溶劑60 - 90wt%、功能添加劑0.01 - 10wt%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種非水電解液，其特征在于:所述不對(duì)稱(氟磺酰)(多氟烷氧基磺酰)亞胺鋰鹽的結(jié)構(gòu)如式(I )為:
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種非水電解液，其特征在于:所述結(jié)構(gòu)如式(I)表示的不對(duì)稱(氟磺酰)(多氟烷氧基磺酰)亞胺鋰鹽，其中Rf=(CF3)2CH-、CF3CH2-, CF3CF2CH2-,CF3(CF2)2CH2-或者 H(CF2)nCH2-, n=l - 8。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種非水電解液，其特征在于:所述其他鋰鹽為L(zhǎng)iPF6、LiBF4, LiTFSI, LiClO4, LiAsF6, LiBOB, LiDFOB, LiTFOB ;LiN (SO2Rf) 2、LiN(SO2F) (SO2Rf)中的一種或二種以上的組合，其中取代基RF=CnF2n+1，η為I至10的整數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種非水電解液，其特征在于:所述有機(jī)溶劑是環(huán)狀碳酸酯、鏈狀線型碳酸酯、羧酸酯、環(huán)狀內(nèi)酯中的一種或二種以上的混合。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種非水電解液，其特征在于:所述環(huán)狀碳酸酯是碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯；所述鏈狀線型碳酸酯是碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯中的一種或二種以上的混合物；所述羧酸酯是CH3C02CH3、CF3CO2CF3^ CH3CO2CH2CH3^CF3C02CF2CF3、CH3CO2CH2CF3^ CF3CO2CH2CH3^ CH3CH2CO2CH3^ CF3CF2CO2CF3 中的一種或二種以上的混合物；所述環(huán)狀內(nèi)酯為具有式(II )所示結(jié)構(gòu)化合物中的一種或二種以上的混合物:
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種非水電解液，其特征在于:所述非水電解液的有機(jī)溶劑的環(huán)狀內(nèi)酯是β_丙內(nèi)酯、β_ 丁內(nèi)酯、Y -丁內(nèi)酯、α_甲基-Y -丁內(nèi)酯、Y -戍內(nèi)酯、δ -戍內(nèi)酯、Y-己內(nèi)酯、ε -己內(nèi)酯中的一種或二種以上的混合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種非水電解液，其特征在于:所述功能添加劑是SEI成膜劑、抗過(guò)沖添加劑、阻燃劑或/和穩(wěn)定劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述一種非水電解液，其特征在于:所述SEI成膜劑是碳酸亞乙烯酯、氟代乙烯酯、氯代乙烯酯、丙烷磺酸內(nèi)酯、氟代丙烷磺酸內(nèi)酯、丁烷磺酸內(nèi)酯、四烷基-二烯基硅氧烷、(對(duì)乙烯基苯磺酰)(全氟烷基磺酰)亞胺鹽中的一種或二種以上的混合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述一種非水電解液，其特征在于:所述穩(wěn)定劑的結(jié)構(gòu)式(III)為:
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述一種非水電解液，其特征在于:所述穩(wěn)定劑作為1，I^，3，3;-四甲基-1, 3- 二乙烯基硅氧烷、I, I ; , 3, 3 ; _四乙基-1，3_ 二稀丙基硅氧烷或I，I' ~ 二甲基-3,3 ' - 二乙基_ 二乙烯基硅氧烷。
12.鋰離子電池，包括能夠可逆嵌脫鋰的材料作為活性物質(zhì)的正極和負(fù)極，以及隔膜和權(quán)利要求1所述非水電解液。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述鋰離子電池，其特征在于:所述能夠可逆嵌脫鋰的正極活性材料是單一過(guò)渡金屬鋰氧化物或多種混合過(guò)渡金屬的鋰氧化物。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述鋰離子電池，其特征在于:所述單一過(guò)渡金屬鋰氧化物是鈷酸鋰、鎳酸鋰、橄欖石型的磷酸鐵鋰或尖晶石型的LiMn2O4 ； 所述多種混合過(guò)渡金屬的鋰氧化物是三元材料LiNixAyB (m) O2，其中A，B是Co，Al, Mn中的一種，且4與8不相同，0〈1〈1，0〈7〈1 ； 或 橄欖石型的LiMPO4，其中M為Co, Ni, Mn中的一種或Co, Ni, Fe, Mn中兩種以上的混合物； 或 Lih (AyBzC^z) O2，其中 O ( x〈l，0 ≤ y〈l，0 ≤ z<l,A, B，C 是 Co，Ni，F(xiàn)e，Mn 中的一種或兩種以上的混合物,且當(dāng)C是Co, Ni時(shí)，X、y、z均不等于O。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述鋰離子電池，其特征在于:所述能夠可逆嵌脫鋰的負(fù)極活性材料是金屬鋰或是下列在〈2V可以嵌入金屬鋰的材料中的一種或兩種以上的混合物:天然石墨、人造石墨、中間相微碳球、硬碳、軟碳、L1-Sn合金、L1-Sn-O合金、Sn、SnO> SnO2、尖晶石結(jié)構(gòu)的鋰化Ti02-Li4Ti5012、L1-Al合金。
【文檔編號(hào)】H01M10/0568GK103794819SQ201410021308
【公開(kāi)日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月17日
【發(fā)明者】陳瀚林, 陳世忠, 周志彬 申請(qǐng)人:蘇州氟特電池材料有限公司