一种不可燃锂电池电解液及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于锂电池技术领域，具体涉及不可燃锂离子电池电解液及其制备方法和应用。

背景技术

随着动力能源和储能对二次电池，尤其是锂离子电池日益增长的需求，人们对电池提出了更高的安全性能和能量密度的要求。易燃易爆是锂离子电池中普遍存在的安全隐患，这切实的阻碍了动力电池，尤其是新能源汽车和储能电站的大规模使用。同时，传统的石墨负极材料因其受限的能量密度(372mAh/g)已经无法满足高能量密度的要求，锂金属材料因其具有能量密度高和质量轻的特点，成为了替代传统的石墨负极来发展高能量密度锂离子电池重要方向。

锂离子电池通常采用有机电解液来对促进锂离子在正负极之间的离子传导，但是有机电解液采用的溶剂是有机溶剂，具有易燃、易爆和易挥发的特点，电池热失控后具有助燃助爆的作用，无极电解液具有不易挥发、不易助燃和对环境友好等特点，成为了提高锂离子电池安全性的重要研究方向。因此，深入研究适用锂金属负极的兼具高安全性能的电解液具有长远的意义。

无机液态电解液LiAlCl

发明内容

针对现有技术中目前无机液态电解液LiAlCl

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一种不可燃锂离子电池电解液，包括电解质和添加剂；其中，电解质为兼顾不可燃性与锂金属负极适用性的SO

按上述方案，所述碱金属卤化物占电解液的质量百分比为0.1wt％～1wt％，所述含氟亚胺锂类有机化合物占电解液的质量百分比为0.1wt％～1wt％。优选地，所述碱金属卤化物占电解液的质量百分比为0.1wt％～0.5wt％，所述含氟亚胺锂类有机化合物占电解液的质量百分比为0.1wt％～0.5wt％；更优选地，所述碱金属卤化物占电解液的质量百分比为0.2wt％～0.4wt％，所述含氟亚胺锂类有机化合物占电解液的质量百分比为0.2wt％～0.4wt％。

按上述方案，所述含氟亚胺锂类有机化合物为3,4-二氟马来酰亚胺锂、双二氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)、苯乙烯磺酰(三氟甲磺酰)亚胺锂、对三氟甲氧基-乙烯基双苯磺酰亚胺锂、1,1,2,2,3,3-六氟丙烷-1,3-二磺酸亚胺锂和双(全氟-1-丁磺酰基)亚胺化锂等中的一种或两种及以上的混合物。

按上述方案，所述碱金属卤化物为氟化锂、氯化锂、溴化锂、碘化锂等中的一种或两种及以上的混合物。氟化锂添加剂可以提高锂金属电池在LiAlCl

本发明还提供一种上述不可燃锂离子电池电解液的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、向LiAlCl

步骤二、向第一混合物中加入碱金属卤化物，碱金属卤化物的添加量占LiAlCl

在上述基础上，本发明还提供一种包括上述不可燃锂离子电池电解液的电池。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明在无机液态电解质LiAlCl

附图说明

图1为本发明中采用制备LiAlCl

图2为本发明对比例1、对比例2和实施例2的电解液燃烧试验图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。

本发明提供了一种LiAlCl

本发明对原料的纯度没有特别限制，优先采用分析纯原料，在市场上购买或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备均可。

本发明对所述交流阻抗谱测试样品的制备方法没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的制备的方法即可。具体步骤优选为：在手套箱配置上述电解液，将两个相同不锈钢片、隔膜和所述电解液组装成扣式测试样品。

本发明对所述电池的制备方法没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的制备电池的方法即可。具体步骤优选为：在手套箱配置上述电解液，将Li片、磷酸铁锂正极片、隔膜和所述电解液组装成扣式电池。

对比例1

(1)电解液准备

在温度25℃下、湿度18％RH将一定质量的四氯铝酸盐粉末放入反应装置主容器内，通入SO

(2)电池制作

将两个相同不锈钢片、隔膜和所述电解液组装成交流阻抗谱测试样品。将上述电解液、Li片、磷酸铁锂正极片和隔膜组装成扣式电池。

对比例2

对比例2与对比例1的区别是采用电解液LiAlCl

与对比例1相同的方法制作阻抗谱测试样品和扣式电池。

对比例3

(1)电解液制备

向对比例1中加入LiF添加剂，LiF添加剂的添加量为0.5wt％，混合搅拌均匀，得到锂离子电池电解质LiAlCl

(2)电池制作

将两个相同不锈钢片、隔膜和所述电解液组装成交流阻抗谱测试样品。将上述电解液、Li片、磷酸铁锂正极片和隔膜组装成扣式电池。

对比例4

(1)电解液制备

向对比例1中加入双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)添加剂，添加量为0.3wt％，混合搅拌均匀，得到锂离子电池电解质LiAlCl

(2)电池制作

将两个相同不锈钢片、隔膜和所述电解液组装成交流阻抗谱测试样品。将上述电解液、Li片、磷酸铁锂正极片和隔膜组装成扣式电池。

实施例1

(1)电解液制备

实施例1在对比例2电解液中加入LiTFSI，LiTFSI添加剂的添加量是0.1wt％，混合搅拌均匀，得到锂离子电池电解质LiAlCl

(2)电池制作

采用与对比例1相同的方法制作阻抗谱测试样品、扣式电池。

实施例2

(1)电解液制备

实施例2在对比例2电解液中加入LiTFSI，LiTFSI添加剂的添加量是0.3wt％，混合搅拌均匀，得到锂离子电池电解质LiAlCl

(2)电池制作

采用与对比例1相同的方法制作阻抗谱测试样品、电池。

实施例3

(1)电解液制备

实施例3向对比例2电解液中加入LiTFSI，LiTFSI添加剂的添加量是0.5wt％，混合搅拌均匀，得到锂离子电池电解质LiAlCl

(2)电池制作

采用与对比例1相同的方法制作阻抗谱测试样品、电池。

电性能测试

对上述对比例1,2,3,4和实施例1,2,3中制成的阻抗谱测试样品进行性能测试，包括欧姆电阻、离子电导率，结果如表1所示。其中，样品中使用的隔膜厚度12um，不锈钢片电极面积1.96cm

表1电解液性能测试数据表

对比例1和对比例2表明LiF的加入，能够降低欧姆电阻，提高离子电导率；对比例2和对比例3表明，增加LiF的比例，并未降低欧姆电阻提高离子电导率，反而是降低了性能，说明LiF在该电解液中的溶解量有限，LiF的添加量不宜过多。对比例2和对比例4表明，单独加入相同量的LiF和LiTFSI，LiTFSI的效果要比LiF好。实施例1在对比例2的基础上添加了0.1％LiTFSI，电解液欧姆电阻和离子电导率明显改善，电解液中锂离子溶解量明显提高，说明LiTFSI的添加有利于LiF的溶解，能够进一步提高电解液中锂离子浓度，提高性能。实施例2再次增加LiTFSI至0.3wt％，欧姆电阻和离子电导率进一步优化。实施例3可以看到同时增加LiF和LiTFSI的比例时，欧姆电阻和离子电导率变差了，说明LiF和LiTFSI的添加需要在一定范围内，才有利于电解质中锂离子的溶解和迁移。

表2电解液性能测试数据表

从表2数据可知，实施例1-3均有较好的放电容量和更平稳的放电平台，由于LiAlCl

通过将相同隔膜浸泡在对比例1、对比例2和实施例2的三款试验电解液中，并对浸泡后的隔膜进行燃烧试验，燃烧试验结果如图2所示，实施例2表现出优良的不可燃性。

综上所述，单独添加LiF等碱金属卤化物和含氟亚胺锂类有机化合物在一定程度上均能够提升无机液态电解质LiAlCl

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。