一种电解质溶液及其制备方法和应用的制作方法

文档序号:6897843阅读:589来源:国知局

专利名称::一种电解质溶液及其制备方法和应用的制作方法
技术领域
:本发明涉及一种电解质溶液以及这种电解质溶液的制备方法和应用,本发明还涉及一种锂电池,该电池含有所述电解质溶液浸泡过的隔膜。
背景技术
:自二十世纪七十年代初期提出可充放锂电池的概念,接着在九十年代初期由索尼(SONY)公司首先实现其商业化应用以来,可充放锂电池的基础研究和应用迅速成为国际电化学研究热点之一。其中有机电解质溶液的优化和选择是可充》丈锂电池研究中最富有挑战性的工作之一。可充放锂电池使用的有机电解质溶液是以适当的锂盐溶解在有机混合溶剂中形成的电解质溶液。作为可充力文锂电池的电解质溶液,一般应满足以下要求(1)离子电导率高,一4殳应达到10-3~2*1(T2S/cm;(2)锂离子迁移数要高,以获得高的锂离子电导率;(3)电化学窗口宽,即电化学性能在较宽的电位范围内稳定;(4)热稳定性高,在较宽的温度范围内不发生分解;(5)化学稳定性高,即与电池体系的电极材料如正极、负极、集流体、粘结剂、导电剂和隔膜等不发生化学反应;(6)具有较低的界面转移电阻;(7)与目前主要使用的正负极材料兼容性好;(8)无毒、无污染、使用安全,最好能生物降解;(9)容易制备成本低。经过几十年的研究和实践,目前在商品化的可充ii锂电池中使用的电解液一般选择六氟磷酸锂(LiPF6)作为锂盐,溶剂多为碳酸乙烯酯(EC)与碳酸二甲酯(DMC)或者碳酸二乙酯(DEC)构成的混合溶剂。此类体系最终能够大规模使用,并非其各项指标具有突出的特性,而是其综合指标基本能满足现有可充放锂电池的要求。在《电化学杂志(J.Electrochem.Soc)》2001年,148期,1100页和《化学评述(ChemicalReview)》2004年,104期,4303页-4417页公开了以LiPF6作为锂盐的电解液存在着两个显著不足之处(l)热不稳定性,其原因在于在溶液中,阴离子PFf存在一个平N衡LiPF6—LiF+PF5(1),而LiF属于强的Lewis酸,它和PF5都倾向于和有机溶剂反应从而导致平#f向右进行。(2)同时P-F键对水非常敏感,即使是痕量的水也会引发如下反应LiPF6+H20—POF3+LiF+2HF(2),PF5+H20—POF3+2HF(3),式(2)和式(3)产生的HF将促进正极材料的溶解,使其储锂容量逐渐衰减。同时以LiPF。LiC104、LiF、LiBF4、LiCF3S03、LiN(CF3S02)2、LiBOB作为锂盐的电解质溶液,还普遍存在锂离子迁移^:低的特点,一般这些电解质的锂离子迁移数小于0.3。在电解质溶液中,锂离子与阴离子均可以传导。锂离子的迁移数是指锂离子的电导率除以总的离子电导率。对于可充》文锂电池而言,电解质溶液有效电荷转移的是锂离子,而非阴离子。因此低的锂离子迁移数将降低电解质溶液中有效的锂离子的电导率,增大电池内部的极化。这些电解质迁移数低的原因是锂离子与溶剂进行溶剂化后,溶剂化离子的半径相对于阴离子反而更大。在《电化学杂志(J.Electrochem.Soc)》1996年143期3825页和《电化学杂志(J.Electrochem.Soc)》1998年145期2813页曾报导指出采用硼基吸电子化合物与氮基吸电子化合物作为电解质溶液的添加剂的研究,该类添加剂促进了一些锂盐在溶液中的解离,如LiCF3S03和LiF的解离,提高了溶液的总的离子电导率。杨晓青等在美国专利US5705689、US5789585、US6022643、US6120941和US6352798中对此类吸电子基团化合物在电解质溶液中的应用进行了系统描述,但是均没有涉及该类含有吸电子化合物的电解质溶液与负极兼容性问题。在我们最近的研究中,采用碳酸酯类溶剂作为电解液成分时,此电解液体系与碳负极材料兼容性不佳,容易造成石墨负极的不可逆脱嵌。参见2008年的《能源杂志(J.PowerSources)》。由于此体系无法形成稳定的固液界面膜(SEI),致使碳材料,尤其是石墨类负极材料无法在锂离子电池中正常充放电。在电化学杂志(《J.Electrochem.Soc》)1996年143期1-5页和2002年149期A1190-A1195指出了锂空气电池的理论能量密度最高,可达11,000Wh/kg的电化学储能体系之一,在军用和民用的高能量密度电池领域中具有重要的应用前景。在锂-空气电池放电的过程中所发生的主要电极反应为2Li(s)+02(g)—Li202(s)(4),2Li(s)+02(g)—Li20(s)(5)。如果将空气改为纯氧,可以称为锂-氧气电池。锂空电池或锂氧电池也净皮称为锂金属燃料电池。然而目前4里空电池与锂氧电池为一次电池,基本不能充放电,因此在应用上受到了一定的限制。主要由以下两个因素制约其充放电(1)室温下Li-O键不易断裂。(2)产物Li20、Li202为电子绝缘体,且不溶于有机溶剂,在空气电极中随着反应的进行会填充电极中的空隙,阻塞气体的扩散,同时显著降低了活性物质Li20、Li202与集流体的电接触,影响了充》文电性质。随着近年来可充;^文电的^l里电池进一步向高能量密度、高功率密度、长寿命方向发展,迫切需要开发在某些方面,性能更加优异的电解质溶液。
发明内容本发明一目的提供了一种电解质溶液,这种电解质溶液具有较高的离子电导率和锂离子迁移数。并且这种电解质溶液与电池的碳负极材料兼容性好,电池的负极材料仍然能够正常充放电。本发明另一目的提供了一种制备电解质溶液的方法。本发明再一目的提供了所述电解质溶液在用于制备可充放电的锂电池中的应用。本发明再一目的提供了一种锂电池,该电池中含有所述的电解质溶液。本发明中的术语"含有吸电子基团的化合物"指的是"在该化合物中含有吸电子基团,这使得该化合物中的中心原子带上正电荷,它可以与该化合物以外的其它化合物中的带电子的基团或者原子相互作用,导致化合物中的离子键断裂,从而形成新的电解质溶液。"本发明一方面提供了一种电解质溶液,该电解质溶液包含有机溶剂、锂盐或锂的氧化物、含有吸电子基团的化合物和添加剂,所述的有机溶剂为碳酸酯和/或醚类有机溶剂,所述的添加剂为具有如下分子式的化合物RBC204Li,式中11为《204、-F2、-C6H402、烷基或含氟取代烷基,并且所述添加剂在所述电解质溶液中的浓度为0.005-0.lmol/l。优选地,所述的添加剂在所述电解质溶液中的浓度为0.01-0.05mol/l。优选地,所述的锂盐为LiF、LiBr、LiCl、Lil、Li2S、Li3N、Li2C03、Li2C204、Li2S04、LiBF4、LiPF6、LiAsF6、LiC104、LiN(S02CF3)2、LiN(S02F)2、LiSQ3CF3、LiC204BC2OapLiBFa[(C6Fx(CnFmH(2n+1.m))yH(5.x.y))](4.a),a=0、1、2、3,x=0、1、2、3、4、5,y=0、1、2、3、4、5且x+y<5;n、m为大于等于零的整数,并且所述锂盐在所述电解质溶液中的浓度为0.2mol/1-2mol/l。优选地,所述的含有吸电子基团的化合物是具有如下分子式的化合物(CH30)3B(No.1)、(CF3CH20)3B(No.2)、(C3F7CH20)3B(No.3)、[(CF3)2CHO]3B(No.4)、[(CF3)3CO]3B(No.5)、[(CF3)2C(C6H5)0]3B(No.6)、(C6H50)3B(No.7)、(FC6H40)3B(No.8)、(F2C6H30)3B(No.9)、(F4C6HO)3B(No.10)、(C6F50)3B(No.11)、(CF3C6H40)3B(No.12)、[(CF3)2C6H30]3B(No.13)、(C6F5)3B(No.14)、(C6F5)3OB(No.15)、(C6F4)(C6F5)02B(No.16)、[(CF3)2C]202B(C6F5)(No.17)(C6H3F)(C6H4CF3)02B(No.19)(C6F4)(C6H4F)02B(No.21)、(C6F4)(C6H4CF3)02B(No.23)[(CF3)2C]202B(C6H5)(No.25)[(CF3)2CH]202B(C6H5)(No.27)[(CF3)2CH]202B(C6F5)(No.29)[(CF3S02)2N(CH2)]2(No.31)(CF3S02)2N(CH2)2]2N(CF3S02)(No.32)、[(CF3S02)2N(CH2)2N(CF3S02)CH2]2(No.33)、[(CF3S02)2N(CH2)2N(CF3S02)(CH2)2N(CF3S02)CH2]2(No.34)、[(CF3S02)CH2NCH2]6(No.35)、[(CF3S02)CH2N(CH2)3NCH2(CF3S02)]2(No.36)、[NH(CH3C6H5S02)(CH2)3N(CH3C6H5S02)CH2]2(No.37)、[(CH3S02)0(CH2)2]2N(CH3C6H5S02)(No.38)、[(CH3S02)0(CH2)2N(CH3C6H5S02)CH2]2(No.39)、[CH2(CH3C6H5S02)N(CH2)3(CH3C6H5S02)N(CH2)2〗2CH2(No.40)、[CH2(CH3C6H5S02)N(CH2)3(CH3C6H5S02)N(CH2)2]2N(CH3C6H5S02)(No.41)、[CH2(CH3C6H5S02)N(CH2)3(CH3C6H5S02)N(CH2)2N(CH3C6H5S02)CH2]2(No.42)、[CH2(CH3C6H5S02)N(CH2)3(CH3C6H5S02)N(CH2)2N(CH3C6H5S02)CH2]2N(CH3C6H5S02)(No.43)、[CH2NH(CH2)3NH(CH2)2]2CH2(No.44)、[CH2NH(CH2)3NH(CH2)2]2NH(No.45)、[CH2NH(CH2)3NH(CH2)2NHCH2]2(No.46)、[CH2NH(CH2)3NH(CH2)2NHCH2]2NH(No.47)、[CH2(CF3S02)N(CH2)3(CF3S02)N(CH2)2]2CH2(No.(C6H3F)(C6H3F2)02B(No.18)、(C6H3F)[C6H3(CF3)2]02B(No.20)、(C6F4)(C6H3F2)02B(No.22)、(C6F4)[C6H4(CF3)2]02B(No.24)、[(CF3)2C]202B(C6H3F2)(No.26)、[(CF3)2CH]202B(C6H3F2)(No.28)、[(CF3S02)(CH3)N(CH2)]2(No.30)、48)、[CH2(CF3S02)N(CH2)3(CF3S02)N(CH2)2]2N(CF3S02)(No.49)、[CH2(CF3S02)N(CH2)3(CF3S02)N(CH2)2(CF3S02)NCH2]2(No.50)或[CH2(CF3S02)N(CH2)3(CF3S02)N(CH2)2NCH2]2N(CF3S02)(No,51)。优选地,所述的碳酸酯类有机溶剂为环状和/或链状碳酸酯类有机溶剂。优选地,所述的环状碳酸酯类有机溶剂选自碳酸乙烯酯(英文简称ec)、碳酸丙烯酯(英文简称pc)、y-丁内酷(英文筒称gbl)和碳酸亚乙酯(英文筒称BC)有机溶剂中的一种或几种,并且所述的链状碳酸酯类有机溶剂为碳数为3-8的直链或支链脂肪单醇与碳酸合成的碳酸酯有机溶剂。优选地,所述的链状碳酸酯类有机溶剂选自碳酸二曱酯(英文简称DMC)、碳酸二乙酯(英文筒称DEC)、碳酸二丙酯(英文简称DPC)和碳酸甲基乙基酯(英文简称EMC)有机溶剂中的一种或几种。优选地,所述的醚类有机溶剂选自四氢呋喃(英文简称THF)、2-曱基四氢呋喃(2-Methyl-THF)、1,3-二氧环戊烷(英文简称DOL)、二曱氧曱烷(英文简称DMM)、1,2-二曱氧乙烷(英文筒称DME)和二甘醇二曱醚(dimethylcarbitol)有机溶剂中的一种或几种。本发明另一方面提供了一种制备所述电解质溶液的方法,该方法包括以下步骤将锂盐或锂的氧化物、含有吸电子基团的化合物和添加剂加入碳酸酯和/或醚类的有机溶剂中,搅拌,得到均匀的混合物,该操作在充满惰性气体的干燥环境中进行。本发明再一方面提供了所述电解质溶液在用于制备可充放电的锂电池中的应用。优选地,所述的可充;^文电的锂电池为Li/空气或Li/氧气电池。本发明再一方面提供了一种锂电池,包括阳极、阴极、集流片,该电池包括所述的电解质溶液浸泡过的锂电池隔膜。本发明的有益效果在于电解质溶液在用于制备可充放锂电池中的应用,优选地,所述的可充放电的锂电池为Li/空气或Li/氧气电池。由于本发明中的电解质溶液中含有吸电子基团的化合物,该电解质溶液具有锂离子迁移数高,电导率高,电化学窗口宽的优点,所以各种正极材料釆用此类电解质溶液能获得很好的循环效果。此外,在此类电解质溶液中由于添加一定量的添加剂,即本发明电解质溶液中的添加剂,所以有利于在碳材8料负极表面形成稳定的固液界面膜。这改善了此类电解质溶液与碳负极材料的兼容性,特别是石墨类电极材料的兼容性,使得石墨负极的可逆脱嵌锂能正常进行。本发明的有益效果还在于基于含有吸电子基团化合物的电解质溶液还可用于锂空气电池,本发明克服了通常认为的锂/空气或者锂/氧气电池不能够在充放电池中使用的缺陷。通常认为的锂/空气或者锂/氧气电池虽然是理论能量密度最高的电池,但是由于(1)室温下Li-O键不易断裂,(2)产物Li20、Li202为电子绝缘体,且不溶于有机溶剂,所以不能够在充放电的电池中使用。然而本发明的研究人员发现在含硼的吸电子化合物或者含氮的吸电子化合物中,由于旁边基团的吸电子能力,吸电子化合物中的硼或氮原子上带有了正电荷,具有吸电子的能力,存在以B或N原子为中心的正电子中心,其可以直接与020或1^202中的O相互作用,促进了Li20或Li202中Li-O键的断裂,因此形成了新的电解质溶液。虽然Li20或Li202不能溶于碳酸酯类或醚类的有机溶剂中,但是在添加了含硼的吸电子有机化合物或者含氮的吸电子有机化合物后,Li20或Li202的溶解度大大增加,得到的有机电解质溶液具有较高的室温与低温离子电导率。同时研究发现,基于本发明的含吸电子化合物、锂的氧化物的有机电解质溶液,锂离子迁移数一4殳大于0.6,显著高于现有的有^L电解质溶液。因此本发明的电解质溶液也可以在锂-空气电池或锂-氧气电池中作为电解质溶液应用,同时使得锂-空气电池或锂-氧气电池具有充方文电的性质。采用本发明提出的电解质溶液,具有锂离子电导率高,锂离子迁移数高,安全性好,电化学稳定性好等显著优点,可以有效提高采用现有电解质的可充放锂电池的寿命、安全性、充力文电倍率特性。由于在本发明的技术方案中的电解质溶液不再完全依赖LiPF6,制造成本也大大下降。采用本发明的电解质溶液在锂-空气电池或锂-氧气电池中应用时,具有极化小,容量高,能可逆充放电等显著优点。以下,结合附图来详细说明本发明的实施例,其中图1表示本发明锂电池的示意图。其中l为阳极引线、2为不4秀钢密封螺帽(和阴极连接)、3为聚四氟乙烯螺母、4为不锈钢钢柱、5为聚四氟乙烯内衬、6为不锈钢筒(和阳极连接)、7、8为锂片(阴极)、9为浸渍含有吸电子基团化合物电解质溶液的隔膜、10为阳极、11为铜箔集流体、12为阴极引线。图2表示实施例1的首周充放电曲线对比,其中图a表示采用有机溶剂、锂盐或锂的氧化物、含有吸电子基团的化合物作为电解质溶液制备而成电池的首周充放电曲线,图b表示采用有机溶剂、锂盐或锂的氧化物、含有吸电子基团的化合物和添加剂作为电解质溶液制备而成电池的首周充放电曲线。图3表示才艮据本发明实施例1制备的有机电解质的电化学窗口。图4表示按实施例1制备的可充放锂电池的前五周充电和放电曲线,其中的内插图表示上方放电曲线的放大图。具体实施方式在以下实施例中的组分A表示锂盐,组分B表示含有吸电子基团的化合物,组分C表示添加剂,组分D表示石友酸酯类和/或醚类有机溶剂。实施例1称量1.3gLiF作为组分A及25.6gTPFPB作为组分B置于烧杯中,干燥后加入25毫升丙烯碳酸酯(PC)作为组分D和25毫升二曱基碳酸酯(DMC)作为组分D,然后通过磁力搅拌器搅拌1小时,成为透明的电解质溶液。称量0.485克LiBOB作为组分C,加入之前配好的电解液溶液中,通过磁力搅拌器搅拌1小时。配制好待用。上述操作均在充满氩气的环境中操作。将该电解质滴加到两端电极均为铂电极的玻璃电导池中,使用HP4192阻抗谱仪在5Hz-13MHz范围内测量其电导率,测得25。C电导率为3.2ms/cm。与GDW6005型高低温试验箱联用,对样品不同温度下的电导率进行测量。用CHI627C电化学工作站,用循环伏安的方法,测量其电化学窗口。用工作电极为铜片,对电极、参比电极为金属锂片的玻璃三电极电化学电池,扫速为0.1mV/s,测量范围为0-3VvsLi/Li+。图3表示的是根据上述方法制备的有机电解质溶液的电化学窗口。从图中可以看出按上述方法配制的含有添加剂的电解质溶液在循环伏安测试中峰电流值(图b:0.008mA)明显小于不含添加剂的电解质溶液(图a:l.OmA),说明添加10添加剂后电化学稳定性得到显著提高。将上述的电解质溶液直接用于一个实验锂电池中测量其与电极的匹配性。实一险锂电池的组装如下将MCMB(粒度15)im)与聚偏氟乙烯(PVDF)的N,N二曱基吡咯烷酮(NMP)溶液混合制成均一的复合浆料,然后均匀涂敷在作为集流体的铜箔(厚度20(im)上。所得薄膜厚度2-20(im,在160。C下烘干,在lMPa压力下压紧,继续在160。C下烘12小时。烘干后的极片中,MCMB占总涂敷物的94wt°/。,聚偏氟乙烯(PVDF)占6wt%。然后将所得极片裁剪成面积为lcm2圓片作为阳极。将干燥后的极片移入氩气手套箱中,将PVDF-HFP多孔膜放在阴极和阳极之间,滴加采用以上方法制备而成的电解质溶液,使阳极极片、阴极极片和多孔膜被淹没,组装成附图1所示的实验电池。实验电池在微机控制的自动充放电仪上进行充放电循环测试。电流密度0.1mA/cm2,充电截止电压2.5V,放电截止电压OV,温度为25。C。测得的电池容量为根据活性物质质量计算值的电池容量的94%。首周充放电曲线参见图2,前五周充放电曲线参见图4,从附图2中的图a可以看出由于没有添加添加剂,电池的电压维持在0.8V,系PC共嵌入所致,无法进行正常的充放电;图b是采用本发明电解质溶液制备电池的充放电曲线,从图中可以看出电池能正常地充放电。从图4还可以看出电池的前五周循环容量衰减很少。因此可见本发明的含有本发明电解液的可充放电的电池的电解液与电池负极的兼容性有所增加,从相关数据参见附表l。实施例2称量1.3gLiF作为组分A及25.6gTPFPB作为组分B置于烧杯中,干燥后加入25毫升乙烯碳酸酯(EC)作为组分D和25毫升二乙基碳酸酯(DEC)作为组分D,然后通过磁力搅拌器搅拌1小时,成为透明的电解质溶液。称量0.388克UBOB作为组分C,加入之前配好的电解液溶液中,通过磁力搅拌器搅拌1小时。配制好待用。上述操作均在充满氩气的环境中操作。将该电解质滴加到两端电极均为铂电极的玻璃电导池中,使用HP4192阻抗谱仪在5Hz-13MHz范围内测量其电导率,测得25°C电导率为3.1ms/cm。与GDW6005型高低温试验箱联用,对样品不同温度下的电导率进行测量。用CHI627C电化学工作站,用循环伏安的方法,测量其电化学窗口。用工作电极为铜片,对电极、参比电极为金属锂片的玻璃三电极电化学电池,扫速为0.1mV/s,测量范围为0-3VvsLi/Li+。图3表示的是才艮据上述方法制备的有才几电解质溶液的电化学窗口。实—睑锂电池组装、测试方式与实施例l相同。本实施例的组成和测试数据参见表1。实施例3称量1.3gLiF作为组分A及25.6gTPFPB作为组分B置于烧杯中,干燥后加入25毫升丙烯碳酸酯(PC)作为组分D和25毫升乙烯碳酸酯(EC)作为组分D,然后通过磁力搅拌器搅拌1小时,成为透明的电解质溶液。称量0.243克LiBOB作为组分C,加入之前配好的电解液溶液中,通过》兹力搅拌器搅拌1小时。配制好待用。上述操作均在充满氩气的环境中操作。将该电解质滴加到两端电极均为铂电极的玻璃电导池中,使用HP4192阻抗谱仪在5Hz-13MHz范围内测量其电导率,测得25°C电导率为3.1ms/cm。与GDW6005型高低温试验箱联用,对样品不同温度下的电导率进行测量。用CHI627C电化学工作站,用循环伏安的方法,测量其电化学窗口。用工作电极为铜片,对电极、参比电极为金属锂片的玻璃三电极电化学电池,扫速为O.lmV/s,测量范围为0-3VvsLi/Li+。将这种上述电解质溶液直接用于一个实验锂电池中测量其与电极的兼容性。实验锂电池组装、测试方式与实施例l相同。本实施例的组成和测试数据参见表1。实施例4称量1.3gLiF作为组分A及25.6gTPFPB作为组分B置于烧杯中,干燥后加入25毫升乙烯碳酸酯(EC)作为组分D和25毫升曱基乙基碳酸酯(EMC)作为组分D,然后通过磁力搅拌器搅拌1小时,成为透明的电解质溶液。称量0.097克LiBOB作为组分C,加入之前配好的电解液溶液中,通过磁力搅拌器搅拌1小时。配制好待用。上述操作均在充满氩气的环境中操作。将该电解质滴加到两端电极均为铂电极的玻璃电导池中,使HP4192阻抗i普4义在5Hz-13MHz范围内测量其电导率,测得25"电导率为3.0ms/cm。与GDW6005型高低温试验箱联用,对样品不同温度下的电导率进行测量。用CHI627C电化学工作站,用循环伏安的方法,测量其电化学窗口。用工作电极为铜片,对电极、参比电极为金属锂片的玻璃三电极电化学电池,扫速为0.1mV/s,测量范围为0-3VvsLi/Li+。将这种含有吸电子基团化合物电解质直接用于一个实验锂电池中测量其与电极的兼容性。实验锂电池组装、测试方式与实施例l相同。本实施例的组成和测试数据参见表1。实施例5称量1.3gLiF作为组分A及25.6gTPFPB作为组分B于烧杯中,干燥后加入13.3毫升丙烯碳酸酯(PC)作为组分D、13.3毫升二曱基碳酸酯(DMC)和13.3毫升乙烯碳酸酯(EC)作为组分D,然后通过磁力搅拌器搅拌1小时,成为透明的电解质溶液。称量0.049克LiBOB作为组分C,加入之前配好的电解液溶液中,通过磁力搅拌器搅拌1小时。配制好待用。上述操作均在充满氩气的环境中操作。将该电解质滴加到两端电^l均为铂电^L的3皮璃电导池中,使用HP4192阻抗谱仪在5Hz-13MHz范围内测量其电导率,测得25。C电导率为3.0ms/cm。与GDW6005型高低温试-险箱耳关用,对才羊品不同温度下的电导率进行测量。用CHI627C电化学工作站,用循环伏安的方法,测量其电化学窗口。用工作电极为铜片,对电极、参比电极为金属锂片的玻璃三电极电化学电池,扫速为0.1mV/s,测量范围为0-3VvsLi/Li+。将这种含有上述的电解质溶液直接用于一个实验锂电池中测量其与电极的兼容性。实验锂电池组装、测试方式与实施例l相同。本实施例的组成和测试数据参见表1。实施例6-10:同实施例l,只是将组分A锂盐LiF换成浓度为1M的LiBF3(C6F5),D溶剂组成也有改变。本实施例的组成和测试数据参见表1。实施例11-15:同实施例1,只是将组分A锂盐LiF换成不同浓度的LiBF2(C6F5)2。将组分C添加剂LiBOB换成相同浓度的LiDFOB添加剂。本实施例的组成和测试^t据参见表1。实施例16-20:同实施例1,将组分A锂盐LiF换成浓度为0.2M的Li202。本实施例的组成和测试数据参见表1。实施例21-23:同实施例1,只是将组分A锂盐LiF换成同浓度的LiCl,将组分B吸电子基团化合物14依次换成同浓度的含有吸电子基团化合物1,2,3。本实施例的组成和测试数据参见表1。实施例24-26:同实施例1,只是将组分A锂盐LiF换成同浓度的LiBr,将组分B含有吸电子基团化合物14依次换成同浓度的含有吸电子基团化合物4,5,6。将组分C添加剂LiBOB换成相同浓度的LiDFOB添加剂。本实施例的组成和测试数据参见表1。实施例27-29:同实施例24,只是将组分A锂盐LiBr换成同浓度的Lil,将组分B含有吸电子基团化合物14依次换成同浓度的含有吸电子基团化合物7,8,9。本实施例的组成和测试数据参见表1。实施例30-32:同实施例l,只是将组分A锂盐LiF换成同浓度的Li20;将组分B含有吸电子基团化合物14依次换成同浓度的含有吸电子基团化合物10,11,12;将组分C添加剂LiBOB换成相同浓度的LiMOB添加剂。本实施例的组成和测试数据参见表1。实施例33-35:同实施例1,只是将组分A锂盐LiF换成同浓度的Li2S,将组分B含有吸电子基团化合物14依次换成同浓度的含有吸电子基团化合物13,15,16。本实施例的组成和测试数据参见表1。实施例36-38:同实施例1,只是将组分A锂盐LiF换成同浓度的Li3N,将组分B含有吸电子基团化合物14依次换成同浓度的含有吸电子基团化合物17,18,19。将组分C添加剂LiBOB换成相同浓度的LiDFOB添加剂。本实施例的组成和测试数据参见表1。实施例39-41:同实施例1,只是将组分A锂盐LiF换成同浓度的Li2C03,将组分B含有吸电子基团化合物14依次换成同浓度的含有吸电子基团化合物20,21,22。将组分C添加剂LiBOB换成相同浓度的LiDFOB添加剂。本实施例的组成和测试数据参见表1。实施例42-44:同实施例1,只是将组分A锂盐LiF换成同浓度的Li2C204;将组分B含有吸电子基团化合物14依次换成同浓度的含有吸电子基团化合物23,24,25;将组分C添加剂LiBOB换成相同浓度的LiMOB添加剂。本实施例的组成和测试数据参见表1。实施例45-47:同实施例1,只是将组分A锂盐LiF换成同浓度的Li2S04,将组分B含有吸电子基团化合物14依次换成同浓度的含有吸电子基团化合物26,27,28;将组分C添加剂LiBOB换成相同浓度的C6H402BC204Li添加剂。本实施例的组成和测试数据参见表1。实施例48-50:同实施例1,只是将组分A锂盐LiF换成同浓度的LiBF4,将组分B含有吸电子基团化合物14依次换成同浓度的含有吸电子基团化合物29,30,31。将组分C添加剂LiBOB换成相同浓度的LiDFOB添加剂。本实施例的组成和测试数据参见表1。实施例51-53:同实施例1,只是将组分A锂盐LiF换成同浓度的LiPF6,将组分B含有吸电子基团化合物14依次换成同浓度的含有吸电子基团化合物32,33,34。将组分C添加剂LiBOB换成相同浓度的LiDFOB添加剂。本实施例的组成和测试数据参见表1。实施例54-56:同实施例1,只是将组分A锂盐LiF换成同浓度的LiTFSI;将组分B含有吸电子基团化合物14依次换成同浓度的含有吸电子基团化合物35,36,37;将组分C添加剂LiBOB换成相同浓度的LiMOB添加剂。本实施例的组成和测试数据参见表1。实施例57-59:同实施例l,只是将组分A锂盐LiF换成同浓度的LiFSI,将组分B含有吸电子基团化合物14依次换成同浓度的含有吸电子基团化合物38,39,40;将组分C添加剂LiBOB换成相同浓度的CH3C2F5BC2〇4Li15添加剂本实施例的组成和测试数据参见表1。实施例60-62:同实施例11,只是将组分A4里盐LiF换成同浓度的LiBOB,将组分B含有吸电子基团化合物14依次换成同浓度的含有吸电子基团化合物41,42,43。本实施例的组成和测试数据参见表1。实施例63-65:同实施例6,只是将组分A锂盐LiF换成同浓度的LiPF6,将组分B含有吸电子基团化合物14依次换成同浓度的含有吸电子基团化合物44,45,46。本实施例的组成和测试数据参见表1。实施例66-68:同实施例1,只是将组分A锂盐LiF换成同浓度的LiAsF6;将组分B含有吸电子基团化合物14依次换成同浓度的含有吸电子基团化合物47,48,49。本实施例的组成和测试数据参见表1。实施例69-70:同实施例1,只是将组分A锂盐LiF换成同浓度的LiS03CF3;将组分B含有吸电子基团化合物14依次换成同浓度的含有吸电子基团化合物50、51。本实施例的组成和测试数据参见表1。实施例71-74:本实施例的组成和测试数据参见表1。表1含有吸电子基团化合物电解质溶液的组分及电化学性质组分A组分B组分C组分D电导率(mS/cm)(250C)电池容量百分率(%)实施例锂盐(摩尔浓度,mo/L)含有吸电子基团化合物编号(摩尔浓度,mol/L)添加剂(摩尔浓度,mol/U溶剂(等体积比)LiF(0.5M)14(0.5M)LiBOB(0.05M)PC/DMC3.2851LiF(0.5M)14(0.5M)LiBOB(0.04M)EC/DEC3.1882LiF(0.5M)14(0.5L氾OB(0.025M;)EC/PC3.1803LiF(0,5M)14(0.5M)UBOB(0.01M)EC認C3.060416<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>LiBr(0.5M)6(0.5M)LiDFOB(0.05M)PC/DMC1.97826Lil(0.5M)7(0.5M)LiDFOB(0.05M)PC/DMC3.98027Lil(0.5M)8(0.5M)LiDFOB(0.05M)PC/DMC4.28128Lil(0.5M)9(0.5M)LiDFOB(0.051V0PC/DMC5.08529Li20(0.5M)10(0.5LiMOB(0.05M)PC/DMC0,77030Li20(0.511(0.5M)LiMOB(0.05M)PC/DMC0.86731Li20(0.5M)12(0.5LiMOB(0.05M)PC/DMC0.56532Li2S(0.5M)13(0.5VOLiBOB(0.05M)PC/DMC4.06533Li2S(0.5M)15(0.5M)LiBOB(0.05M)PC/DMC3.76834Li2S(0.5M)16(0.5UBOB(0.05M)PC/DMC3.17035Li3N(0.5M)17(0.5M)LiDFOB(0.05M)PC/DMC0.87536Li3N(0.5M)18(0.5M)LiDFOB(0.05M)PC/DMC0.77337Li3N(0.5M)19(0.5M)LiDFOB(0.05M)PC/DMC0.47038U2C03(0.5M)20(0.5VOLiDFOB(0.05M)PC/DMC0.56939Li2C03(0.5M)21(0.5M)LiDFOB(0.051V0PC/DMC0.46040Li2C03(0.5M)22(0.5M)LiDFOB(0.05M)PC/DMC0.77041Li2C204(0.5M)23(0.5M)LiMOB(0.05M)PC/DMC1.06042Li2C204(0.5M)24(0.5M)LiMOB(0.05M)PC/DMC1.15843Li2C204(0.5M)25(0.5M)LiMOB(0.05M)PC/DMC0.95344Li2S04(0.5M)26(0.5M)C6H402BC204Li(0.05M)PC/DMC3.08045Li2S04(0.5M)27(0.5M)C6H402BC204Li(0.05M;)PC/DMC3.87946Li2S04(0,5M)28(0.5MQC6H402BC204LiC0.05M)PC/DMC3.78247LiBF4(0.5M)29(0.5M)LiDFOB(0.05M)PC/DMC4.58548UBF4(0.5M)30(0.5M)LiDFOB(0.05M)PC/DMC4.88949LiBF4(0.5M)31(0.5M)LiDFOB(0.051V0PC/DMC4.98650LiPF6(0.532(0.5M)LiDFOB(0.05M)PC/DMC5,18651LiPF6(0.5M)33(0.5M)LiDFOB(0.05M)PC/DMC5.98052LiPF6(0.5M)34(0.5M)LiDFOB(0.05M)PC/DMC6.7895318<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>权利要求1.一种电解质溶液,该电解质溶液包含有机溶剂、锂盐或锂的氧化物、含有吸电子基团的化合物和添加剂,所述的有机溶剂为碳酸酯和/或醚类有机溶剂,所述的添加剂为具有如下分子式的化合物RBC2O4Li,式中R为-C2O4、-F2、-C6H4O2、烷基或含氟取代烷基,并且所述添加剂在所述电解质溶液中的浓度为0.005-0.1mol/l,优选0.01-0.05mol/l。2.根据权利要求1所述的电解质溶液,其中所述的锂盐为LiF、LiBr、LiCl、Lil、Li2S、Li3N、Li2C03、Li2C204、Li2S04、LiBF4、LiPF6、LiAsF6、LiC104、LiN(S02CF3)2、LiN(S02F)2、LiS03CF3、LiC204BC204或LiBFa[(C6Fx(CnFmH(2n+1.m))yH(5.x.y))](4.a),a=0、1、2、3,x=0、1、2、3、4、5,y=0、1、2、3、4、5且x+y《5;n,m为大于等于零的整数,并且所述锂盐在所述电解质溶液中的浓度为0.2mol/l-2mol/l。3.根据权利要求1或2所述的电解质溶液,其中所述的含有吸电子基团的化合物是具有如下分子式的化合物(CH30)3B、(CF3CH20)3B、(C3F7CH20)3B、[(CF3)2CHO]3B、[(CF3)3CO]3B、[(CF3)2C(C6H5)0]3B、(C6H5〇)3B、(FC6H40)3B、(F2C6H30)3B、(F4C6HO)3B、(C6F50)3B、(CF3C6H40)3B、[(CF3)2C6H30]3B、(C6F5)3B、(C6F5)3OB、(C6F4)(C6F5)02B、[(CF3)2C]202B(C6F5)、(C6H3F)(C6H3F2)02B、(C6H3F)(C6H4CF3)02B、(C6H3F)[C6H3(CF3)2]02B、(C6F4)(C6H4F)02B、(C6F4)(C6H3F2)02B、(C6F4)(C6H4CF3)02B、(C6F4)[C6H4(CF3)2]02B、[(CF3)2C]202B(C6H5)、[(CF3)2C]202B(C6H3F2)、[(CF3)2CH]202B(C6H5)、[(CF3)2CH]202B(C6H3F2)、[(CF3)2CH]202B(C6F5)、[(CF3S02)(CH3)N(CH2)]2、[(CF3S02)2N(CH2)]2、[(CF3S02)2N(CH2)2]2N(CF3S02)、[(CF3S02)2N(CH2)2N(CF3S02)CH2]2、[(CF3S02)2N(CH2)2N(CF3S02)(CH2)2N(CF3S02)CH2]2、[(CF3S02)CH2NCH2]6、[(CF3S02)CH2N(CH2)3NCH2(CF3S02)]2、[NH(CH3C6H5S02)(CH2)3N(CH3C6H5S02)CH2]2、[(CH3S02)0(CH2)2]2N(CH3C6H5S02)、[(CH3S02)0(CH2)2N(CH3C6H5S02)CH2]2、[CH2(CH3C6H5S02)N(CH2)3(CH3C6H5S02)N(CH2)2]2CH2、[CH2(CH3C6H5S02)N(CH2)3(CH3C6H5S02)N(CH2)2〗2N(CH3C6H5S02)、[CH2(CH3C6H5S02)N(CH2)3(CH3C6H5S02)N(CH2)2N(CH3C6H5S02)CH2]2、[CH2(CH3C6H5S02)N(CH2)3(CH3C6H5S02)N(CH2)2N(CH3C6H5S02)CH2]2N(CH3C6H5S02)、[CH2NH(CH2)3NH(CH2)2]2CH2、[CH2NH(CH2)3NH(CH2)2]2NH、[CH2NH(CH2)3NH(CH2)2NHCH2]2、[CH2NH(CH2)3NH(CH2)2NHCH2]2NH、[CH2(CF3S02)N(CH2)3(CF3S02)N(CH2)2]2CH2、[CH2(CF3S02)N(CH2)3(CF3S02)N(CH2)2]2N(CF3S02)、[CH2(CF3S02)N(CH2)3(CF3S02)N(CH2)2(CF3S02)NCH2]2或[CH2(CF3S02)N(CH2)3(CF3S02)N(CH2)2NCH2]2N(CF3S02)。4.根据权利要求1-3中任一项所述的电解质溶液,其中所述的碳酸酯类有机溶剂为环状和/或链状碳酸酯类有机溶剂。5.根据权利要求4所述的电解质溶液,其中所述的环状碳酸酯类有机溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、Y-丁内酯链和碳酸亚乙酯有机溶剂中的一种或几种,并且所述的链状碳酸酯类有机溶剂为碳数为3-8的直链或支链脂肪单醇与碳酸合成的碳酸酯有机溶剂。6.根据权利要求4或5所述的电解质溶液,其中所述的链状碳酸酯类有机溶剂选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯和碳酸甲基乙基酯有机溶剂中的一种或几种。7.根据权利要求1-6中任一项所述的电解质溶液,其中所述的醚类有机溶剂选自四氢呋喃、2-曱基四氲呋喃、1,3-二氧环戊烷、二曱氧甲烷、1,2-二曱氧乙烷和二甘醇二曱醚有机溶剂中的一种或几种。8.—种制备权利要求1-7中任一项所述电解质溶液的方法,该方法包括以下步骤将锂盐或锂的氧化物、含有吸电子基团的化合物和添加剂加入碳酸酯和/或醚类的有机溶剂中,搅拌,得到均匀的混合物,该操作在充满惰性气体的干燥环境中进行。9.权利要求1-7中任一项所述的电解质溶液在用于制备可充放电的锂电池中的应用,优选地,所述的可充方文电的4里电池为Li/空气或Li/氧气电池。10.—种锂电池,包括阳极、阴极、集流片,其特4正在于,该电池还包括用权利要求1-7中任一项所述的电解质溶液浸泡过的锂电池隔膜。全文摘要本发明提供了一种电解质溶液,该电解质溶液包含有机溶剂、锂盐或锂的氧化物、含有吸电子基团的化合物和添加剂,所述的有机溶剂为碳酸酯和/或醚类有机溶剂,所述的添加剂为具有RBC<sub>2</sub>O<sub>4</sub>Li分子式的化合物,式中R为-C<sub>2</sub>O<sub>4</sub>、-F<sub>2</sub>、-C<sub>6</sub>H<sub>4</sub>O<sub>2</sub>、烷基或含氟取代烷基,并且所述添加剂在所述电解质溶液中的浓度为0.005-0.1mol/l。本发明还提供一种制备所述电解质溶液的方法。本发明再提供了一种锂电池,该电池包括所述的电解质溶液浸泡过的锂电池隔膜。本发明的电解质溶液具有锂离子迁移数高,电导率高,电化学窗口宽的优点,同时该电解质溶液与碳负极材料具有很好的兼容性。文档编号H01M6/16GK101662030SQ20081011846公开日2010年3月3日申请日期2008年8月25日优先权日2008年8月25日发明者泓李,李立飞,黄学杰申请人:中国科学院物理研究所
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