对水稳定的电解液及电池

本申请涉及电池，尤其涉及一种对水稳定的电解液及电池。

背景技术：

1、目前商用锂离子电池的电解液，主要由电解质、溶剂和添加剂构成。其中，电解质大多为锂盐，例如六氟磷酸锂。六氟磷酸锂电解液的主要缺陷是其对水非常敏感，会和非常微量的水进行化学反应，生成氢氟酸、含氟磷酸等物质。这些物质不仅仅对人类有害，也会恶化锂离子电池的电化学循环性能。因此，锂离子电池的加工必须在具有极低水含量的干燥房中进行，从而建设低露点的干燥房也成为了所有电池厂的标配。即使在电池的加工过程中可以通过烘箱干燥等手段防止电解液与水接触，但是，六氟磷酸锂还会与在电池循环过程中产生的微量水分反应，这也会大大降低电池的循环寿命。因此，解决六氟磷酸锂液态电解液与水反应的问题是提升锂离子电池循环寿命的核心和关键。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请提出与一种对水稳定的电解液，以实现含有六氟磷酸根的电解液与水分的稳定共存。

2、另，还有必要提供一种包括上述电解液的电池。

3、本申请一实施方式提供一种对水稳定的电解液，其包括电解质、有机溶剂和第一类添加剂。所述电解质包括六氟磷酸锂、六氟磷酸钠、六氟磷酸钾中的一种或多种。所述第一类添加剂为硝酸盐；或者，所述第一类添加剂为硝酸盐和碱金属单质；或者，所述第一类添加剂为硝酸盐和碱金属复合物。

4、一种实施方式中，所述硝酸盐包括硝酸锂、硝酸钠、硝酸钾、硝酸银、硝酸镁、硝酸铝中的一种或多种。

5、一种实施方式中，所述碱金属单质包括锂、钠、钾中的一种或多种，所述碱金属复合物包括锂、钠、钾中的一种或多种与其他物质组成的复合物。

6、一种实施方式中，所述硝酸盐的浓度大于或等于0.01mol/l。

7、一种实施方式中，所述电解质的浓度为0.5mol/l～2mol/l。

8、一种实施方式中，所述有机溶剂包括醚类溶剂、砜类溶剂或碳酸酯类溶剂。所述醚类溶剂包括二丁醚、四甘醇二甲醚、二甘醇二甲醚、1,2-二甲氧基乙烷、1,2-二乙氧基乙烷、乙氧基甲氧基乙烷、2-甲基四氢呋喃、四氢呋喃中的一种或多种。所述砜类溶剂包括二甲亚砜、甲基环丁砜中的一种或多种。所述碳酸酯类溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯中的一种或多种。

9、一种实施方式中，所述电解液还包括第二类添加剂。所述第二类添加剂包括氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、硫酸乙烯酯、1,3-丙烯磺酸内酯中的一种或多种。

10、一种实施方式中，所述第二类添加剂在所述电解液中的质量百分含量为0.5％～10％。

11、本申请一实施方式提供一种电池，其包括如上所述的对水稳定的电解液。

12、一种实施方式，所述电池包括锂离子电池、锂金属电池、钠离子电池、钾离子电池或锌离子电池。

13、本申请通过在电解液中添加至少含有硝酸盐的添加剂，使得含有六氟磷酸根的电解液能与水稳定共存，因此电解液的配置以及电池的装配等步骤可以不在干燥房中进行，从而能减少干燥房的建设或使用，大大降低了电池厂的成本。此外，本申请电解液能抑制电池循环过程中导致的盐和溶剂的降解，因此能提升电池的循环寿命和降低电池内部的有害物质(例如，氢氟酸等)的含量，从而能显著降低电池的使用成本和回收成本。本申请电解液装配的电池表现出显著提升的电化学性能(包括高的容量保持率、长的循环寿命和低的电池内部腐蚀)，能够进一步加快下一代高能量密度电池的研究进程及实际应用。

技术特征：

1.一种对水稳定的电解液，其特征在于，包括电解质、有机溶剂和第一类添加剂，所述电解质包括六氟磷酸锂、六氟磷酸钠、六氟磷酸钾中的一种或多种；所述第一类添加剂为硝酸盐；或者，所述第一类添加剂为硝酸盐和碱金属单质；或者，所述第一类添加剂为硝酸盐和碱金属复合物。

2.如权利要求1所述的对水稳定的电解液，其特征在于，所述硝酸盐包括硝酸锂、硝酸钠、硝酸钾、硝酸银、硝酸镁、硝酸铝中的一种或多种。

3.如权利要求1所述的对水稳定的电解液，其特征在于，所述碱金属单质包括锂、钠、钾中的一种或多种，所述碱金属复合物包括锂、钠、钾中的一种或多种与其他物质组成的复合物。

4.如权利要求1所述的对水稳定的电解液，其特征在于，所述硝酸盐的浓度大于或等于0.01mol/l。

5.如权利要求1所述的对水稳定的电解液，其特征在于，所述电解质的浓度为0.5mol/l～2mol/l。

6.如权利要求1所述的对水稳定的电解液，其特征在于，所述有机溶剂包括醚类溶剂、砜类溶剂或碳酸酯类溶剂，所述醚类溶剂包括二丁醚、四甘醇二甲醚、二甘醇二甲醚、1,2-二甲氧基乙烷、1,2-二乙氧基乙烷、乙氧基甲氧基乙烷、2-甲基四氢呋喃、四氢呋喃中的一种或多种，所述砜类溶剂包括二甲亚砜、甲基环丁砜中的一种或多种，所述碳酸酯类溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯中的一种或多种。

7.如权利要求1所述的对水稳定的电解液，其特征在于，所述电解液还包括第二类添加剂，所述第二类添加剂包括氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、硫酸乙烯酯、1,3-丙烯磺酸内酯中的一种或多种。

8.如权利要求7所述的对水稳定的电解液，其特征在于，所述第二类添加剂在所述电解液中的质量百分含量为0.5％～10％。

9.一种电池，其特征在于，所述电池包括如权利要求1～8任一项所述的对水稳定的电解液。

10.如权利要求9所述的电池，其特征在于，所述电池包括锂离子电池、锂金属电池、钠离子电池、钾离子电池或锌离子电池。

技术总结
本申请提出一种对水稳定的电解液及电池。电解液包括电解质、有机溶剂和第一类添加剂。电解质包括六氟磷酸锂、六氟磷酸钠、六氟磷酸钾中的一种或多种，第一类添加剂为硝酸盐、硝酸盐和碱金属单质、硝酸盐和碱金属复合物。本申请通过在电解液中添加至少含有硝酸盐的添加剂，使得含有六氟磷酸根的电解液能与水稳定共存，因此电解液的配置以及电池的装配等步骤可以不在干燥房中进行，大大降低了电池厂的成本。本申请电解液装配的电池表现出显著提升的电化学性能(包括高的容量保持率、长的循环寿命和低的电池内部腐蚀)，能够进一步加快下一代高能量密度电池的研究进程及实际应用。

技术研发人员：李宝华,刘沅明
受保护的技术使用者：清华大学深圳国际研究生院
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21