一种电解液和包含该电解液的锂离子电池的制作方法

本发明涉及一种适用于锂离子电池的电解液，以及包含该电解液的锂离子电池。

背景技术：

1、随着当代社会发展，人们对锂离子电池这种二次电池使用频率越来越高。其中，由于金属锂理论容量约为传统石墨材料的十倍左右，因此直接使用金属锂作为负极在能量密度提升方面优势明显。如果使用金属锂负极与高压正极配合，有望制得具有大于400wh/kg的能量密度的电池。

2、然而，目前商业化电解液大多以有机碳酸酯溶剂为主，其对金属锂负极稳定性较差，使得金属锂负极极易与电解液发生反应，造成活性锂的大量损失并且持续消耗电解液中的溶剂，从而导致电芯循环容量保持率衰减加速。由于上述原因，导致金属锂负极材料无法广泛应用推广。因此，开发与金属锂负极材料相容性较好的电解液体系尤为重要。

3、此外，研究发现现有的以醚类溶剂为主的电解液虽然与金属锂负极相容性较好，但其电化学窗口较窄，抗氧化电位低，仅能使用在上限电压低于4.0v的低电压体系，而无法与高电压正极材料搭配使用。这在一定程度上限制了电芯整体能量密度的提升。

技术实现思路

1、本发明的目的在于构建一种与金属锂负极相容性好，且电压窗口较高（>4.2v）的电解液体系。在此基础上，本发明提供一种适用于锂离子电池的电解液，以及使用该电解液的锂离子电池。

2、本发明的第一方面提供一种电解液，该电解液包括：

3、20~80wt%的醚类溶剂，

4、5~20wt%的锂盐，

5、5~70wt%的离子液体，

6、5~30wt%的酯类溶剂，以及

7、0~8wt%的添加剂。

8、在一些具体实施方式中，所述醚类溶剂的含量为40~60wt%。在一些具体实施方式中，所述锂盐的含量为10~18wt%。在一些具体实施方式中，所述离子液体的含量为5~40wt%。在一些具体实施方式中，所述酯类溶剂的含量为10~25wt%。在一些具体实施方式中，所述添加剂的含量为1~5wt%。

9、在一些具体实施方式中，所述醚类溶剂为选自乙二醇二甲醚（dme）、乙二醇甲乙醚（eme）、二乙二醇二甲醚（g2）、三乙二醇二甲醚（g3）、四乙二醇二甲醚（g4）、乙二醇二乙醚（dee）、二乙二醇甲乙醚（dgeme）、1,3-二氧戊环（dol）、1,3-二氧六环（1,3-dx）、1,4-二氧六环（1,4-dx）、2-甲基-1,4-二氧六环（2-me-1,4-dx）、四氢呋喃（thf）、2-甲基四氢呋喃（2-me-thf）、四氢吡喃（thp）中的一种或多种。

10、在一些具体实施方式中，所述锂盐为选自六氟磷酸锂（lipf6）、四氟硼酸锂（libf4）、双三氟甲磺酰亚胺锂（litfsi）、双氟磺酰亚胺锂（lifsi）、二氟草酸硼酸锂（lidfob）和二草酸硼酸锂（libob）中的一种或多种。

11、在一些具体实施方式中，所述离子液体为选自1-丁基-1-丙基咪唑鎓双(氟磺酰)亚胺、1-丁基-1-甲基哌啶双(三氟甲磺酰基)亚胺盐和1-甲基-1-丙基吡咯烷鎓双(氟磺酰)亚胺中的一种或多种。

12、在一些具体实施方式中，所述酯类溶剂为选自γ-丁内酯（gbl）、碳酸乙烯酯（ec）、碳酸丙烯酯（pc）、碳酸二乙酯（dec）、乙酸丙酯（pa）、碳酸二甲酯（dmc）、碳酸甲乙酯（emc）、氟代碳酸乙烯酯（fec）、(2-甲氧基乙基)碳酸酯（bmec）、双氟代碳酸乙烯酯（dfec）、氟化双(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯（tfec）和2,2,2-三氟乙基甲基碳酸酯（femc）中的一种或多种。

13、在一些具体实施方式中，所述添加剂为选自碳酸亚乙烯酯（vc）、硫酸乙烯酯（dtd）、1,3-丙烯磺酸内酯（pst）、硝酸锂（lino3）、磷酸锂（li3po4）和硼酸锂（li3bo3）中的一种或多种。

14、在一些具体实施方式中，所述醚类溶剂为乙二醇二甲醚。在一些具体实施方式中，所述锂盐为双三氟甲磺酰亚胺锂。在一些具体实施方式中，所述离子液体为1-甲基-1-丙基吡咯烷鎓双(氟磺酰)亚胺。在一些具体实施方式中，所述酯类溶剂为fec。在一些具体实施方式中，所述添加剂为lino3。

15、本发明第二方面提供了上述本发明第一方面的电解液在锂离子电池中的应用。

16、本发明的第三方面提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包括上述本发明第一方面的电解液。

17、在一些具体实施方式中，本发明的锂离子电池包括作为负极材料的金属锂。

18、在一些具体实施方式中，本发明的锂离子电池的正极活性材料为镍钴锰、磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂和镍钴锰酸锂中的一种或多种，优选为镍钴锰三元正极材料，更优选为lini0.8co0.1mn0.1o2。

19、本发明的电解液体系与金属锂负极的相容性好，且电压窗口（抗氧化电位）较高（>4.2v）。因此包括本发明电解液的锂离子电池能够在较高的电压下多次循环充放电以后仍然具有较高的容量保持率。进而，根据本发明的一些优选方式，通过选择优选的电解液组分以及各组分的优选含量，能够进一步提高电解液与金属锂负极的相容性，同时能够得到高达4.5v以上的电压窗口，从而使包括本发明电解液的锂离子电池达到在4.2v的充电电压下循环充放电100次后仍然保持80%以上的容量保持率。

20、此外，本发明还提供了一种使用金属锂作为负极材料并使用本发明电解液的锂离子电池，该锂离子电池成本较低，结构简单，适合大规模生产，同时也能获得上述技术效果。

技术特征：

1.一种电解液，其特征在于，该电解液包括：

2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述醚类溶剂的含量为40~60wt%，和/或，所述锂盐的含量为10~18wt%，和/或，所述离子液体的含量为5~40wt%，和/或，所述酯类溶剂的含量为10~25wt%，和/或，所述添加剂的含量为1~5wt%。

3.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述醚类溶剂为选自乙二醇二甲醚（dme）、乙二醇甲乙醚（eme）、二乙二醇二甲醚（g2）、三乙二醇二甲醚（g3）、四乙二醇二甲醚（g4）、乙二醇二乙醚（dee）、二乙二醇甲乙醚（dgeme）、1,3-二氧戊环（dol）、1,3-二氧六环（1,3-dx）、1,4-二氧六环（1,4-dx）、2-甲基-1,4-二氧六环（2-me-1,4-dx）、四氢呋喃（thf）、2-甲基四氢呋喃（2-me-thf）、四氢吡喃（thp）中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述锂盐为选自六氟磷酸锂（lipf6）、四氟硼酸锂（libf4）、双三氟甲磺酰亚胺锂（litfsi）、双氟磺酰亚胺锂（lifsi）、二氟草酸硼酸锂（lidfob）和二草酸硼酸锂（libob）中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述离子液体为选自1-丁基-1-丙基咪唑鎓双(氟磺酰)亚胺、1-丁基-1-甲基哌啶双(三氟甲磺酰基)亚胺盐和1-甲基-1-丙基吡咯烷鎓双(氟磺酰)亚胺中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述酯类溶剂为选自γ-丁内酯（gbl）、碳酸乙烯酯（ec）、碳酸丙烯酯（pc）、碳酸二乙酯（dec）、乙酸丙酯（pa）、碳酸二甲酯（dmc）、碳酸甲乙酯（emc）、氟代碳酸乙烯酯（fec）、(2-甲氧基乙基)碳酸酯（bmec）、双氟代碳酸乙烯酯（dfec）、氟化双(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯（tfec）和2,2,2-三氟乙基甲基碳酸酯（femc）中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述添加剂为选自碳酸亚乙烯酯（vc）、硫酸乙烯酯（dtd）、1,3-丙烯磺酸内酯（pst）、硝酸锂（lino3）、磷酸锂（li3po4）和硼酸锂（li3bo3）中的一种或多种。

8.根据权利要求1~7中任一项所述的电解液，其特征在于，所述醚类溶剂为乙二醇二甲醚，和/或，所述锂盐为双三氟甲磺酰亚胺锂，和/或，所述离子液体为1-甲基-1-丙基吡咯烷鎓双(氟磺酰)亚胺，和/或，所述酯类溶剂为fec，和/或，所述添加剂为lino3。

9.权利要求1~8中任一项所述的电解液在制备锂离子电池中的应用。

10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括权利要求1~8中任一项所述的电解液。

11.根据权利要求10所述的锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括作为负极材料的金属锂。

12.根据权利要求10或11所述的锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池的正极活性材料为镍钴锰、磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂和镍钴锰酸锂中的一种或多种。

13.根据权利要求12所述的锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池的正极活性材料为镍钴锰三元正极材料。

14.根据权利要求13所述的锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池的正极活性材料为lini0.8co0.1mn0.1o2。

技术总结
本发明涉及一种电解液，包括：20~80wt%的醚类溶剂，5~20wt%的锂盐，5~70wt%的离子液体，5~30wt%的酯类溶剂，以及0~8wt%的添加剂。本发明的电解液体系与金属锂负极的相容性好，且电压窗口较高。

技术研发人员：陈霖
受保护的技术使用者：深圳欣视界科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1