专利名称：一种含氟磺酰亚胺锂锂盐的电解质溶液及其用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种含氟磺酰亚胺锂锂盐的电解质溶液及其用途，属于化学材料技术 领域。
背景技术：
目前，商业化锂电池电解质主要由有机碳酸酯-如碳酸二甲酯(简称DMC)，碳酸 二乙酯(简称DEC)，碳酸乙烯酯(简称EC)等和导电盐(主要是LiPF6)组成。有机碳酸酯 非水电解质溶液的优化和选择是提高锂离子电池综合性能的重要研究方向之一。应用于锂 离子电池的非水电解质溶液，一般应满足以下要求(1)离子电导率高，一般应达到10-3S/ cm; (2)锂离子迁移数高，以获得高的锂离子电导率；(3)电化学窗口宽，即满足锂离子在 正、负极的可逆嵌入和脱出，而电解质不发生化学或电化学分解；(4)热稳定性高，在较宽 的工作温度范围内不发生化学或电化学分解；( 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，目前应用于商业化二次锂电池的非水电解质溶液一般 选择六氟磷酸锂(LiPF6)作为导电盐，溶剂多为高粘度、高介电常数的碳酸乙烯酯(简称 EC)、碳酸丙烯酯(简称PC)与低粘度、低介电常数的碳酸二甲酯(简称DMC)、碳酸二乙酯 (简称DEC)、或甲基乙基碳酸酯(简称EMC)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，而且其综合指标基本能满足现有二次锂电池的产业 应用要求。尽管以LiPFJt为导电盐的非水电解质溶液在锂离子电池产业上获得了巨大成 功，但是LiPF6自身固有的缺陷限制了其电解质溶液在极限条件下的应用(如极低温度)。 这主要是由于PF6_阴离子对称性高，其锂盐LiPF6晶格能大，熔点高。由于晶格能大、熔点 高的化合物在有机溶剂中溶解度小，因而，LiPF6导电盐在低温下易从有机电解质溶液中结 晶析出。另外，其电解质溶液中采用了高熔点的环状碳酸酯溶剂(如EC，mp37°C)，这类有 机溶剂自身在低温下也易结晶。所以，以LiPF6为导电盐、且含有EC的电解质溶液一般凝 固点较高(约-20至0°C)。电解质溶液中之所以必须使用EC，是由于LiPF6在DMC(介电 常数为幻、DEC(介电常数为幻等具有低介电常数、低粘度的链状碳酸酯中具有较低的溶解 度，因此必须添加一定比例的具有高介电常数、高粘度的EC (介电常数为90)、PC (介电常数 为65)等环状碳酸酯，以促进LiPF6W解离。这样一种通过混合高介电常数、高粘度的环状 脂类溶剂以及低介电常数、低粘度的链状脂类溶剂的方法，是目前制备二次锂电池商用电 解质最常见的做法。综上所述，采用LiPF6为导电盐的二次锂电池低温性能很难满足实际需要。当环 境温度低至零下40度，甚至更低时，电池无法完全释放其全部容量，甚至无法正常工作，从 而限制了二次锂电池在极端温度条件下的应用。当温度降低时，目前以LiPF6作为导电盐的商用电解质溶液部分会发生晶析或固化，黏度增加，电导率急剧下降，电解质与电极的界 面阻抗大大增加，导致电池性能急剧下降，甚至导致电池不能工作。因此，开发具有较宽温度使用范围的电解质溶液，尤其是在低温下能使用的电解 质溶液对于锂电池的循环寿命、储存寿命的提高都具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于解决上述的技术问题，提供一种含氟磺酰亚胺锂锂盐的电解质 溶液及其用途。本发明的技术解决方案是一种含氟磺酰亚胺锂锂盐的电解质溶液，该电解质溶 液由四类成份组成(A)含氟磺酰亚胺锂，(B)其他锂盐，(C)碳酸酯类和/或醚类有机溶剂 和(D)其他功能添加剂，其组成可以简写为A+B+C+D ；其中(A)含氟磺酰亚胺锂锂盐在此电 解质溶液中的摩尔浓度范围是0. 001 2摩尔/升，(B)其他锂盐在此电解质溶液中所占 的摩尔浓度范围是0 2摩尔/升，(D)其他功能添加剂在此电解质溶液中的摩尔浓度范 围是0 0. 5摩尔/升；所述的(A)含氟磺酰亚胺锂为离子型化合物，其阳离子为锂离子， 其阴离子具有如下典型结构式
权利要求
1.一种含氟磺酰亚胺锂锂盐的电解质溶液，其特征在于该电解质溶液由四类成份组 成(A)含氟磺酰亚胺锂，(B)其他锂盐，(C)碳酸酯类和/或醚类有机溶剂和(D)其他功能 添加剂，其中(A)含氟磺酰亚胺锂锂盐在此电解质溶液中的摩尔浓度范围是0. 001 2摩 尔/升，⑶其他锂盐在此电解质溶液中所占的摩尔浓度范围是0 2摩尔/升，⑶其他 功能添加剂在此电解质溶液中的摩尔浓度范围是0 0. 5摩尔/升；所述的(A)含氟磺酰 亚胺锂为离子型化合物，其阳离子为锂离子，其阴离子具有如下典型结构式\\ Θ //R1——S-N-S-R2Il W ο ο上式中，R1Z^2独立地选自卤素、烷基、烷氧基、卤代烷基、卤代烷氧基、烯烃基、卤代烯烃 基、苯基、联苯基、卤代苯基或卤代联苯基，其中卤素为F、C1或Br，卤代包含部分取代和全 取代。
2.如权利要求1所述的一种含氟磺酰亚胺锂锂盐的电解质溶液，其特征在于所 述的⑶其他锂盐为具有如下分子式的化合物中的一种或一种以上组合物LiBF4, LiPF6, LiAsF6, LiClO4, LiSO3CF3, LiC2O4BC2O4, LiF2BC2O4, LiBFa [ (C6Fx (CnFmH(2n+1_m))yH(5_x_y))] (4_a)，a = 0,1,2,3 ；χ = 0,1,2,3,4,5 ；y = 0，1，2，3，4，5 ;η、m 为大于等于零的整数，和 LiPFb[ (C6Fs (CpFqH(2p+1_q)) tH(5_s_t)) ] (6_b), b = 0，1，2，3，4，5 ;s = 0，1，2，3，4，5 ;t = 0,1,2,3, 4，5 ;p，q为大于等于零的整数。
3.如权利要求1所述的一种含氟磺酰亚胺锂锂盐的电解质溶液，其特征在于所述的(C)碳酸酯类有机溶剂为环状的碳酸酯类和/或链状碳酸酯类化合物；所述的醚类有机溶 剂选自四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1，3_ 二氧环戊烷、二甲氧甲烷、1，2_ 二甲氧乙烷和二甘 醇二甲醚中的一种或一种以上组合物。
4.如权利要求3所述的一种含氟磺酰亚胺锂锂盐的电解质溶液，其特征在于所述的 环状碳酸酯类化合物选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、Y-丁内酯和碳酸亚丁酯中的一种或一 种以上组合物；所述的链状碳酸酯类化合物选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳 酸甲基乙基酯、碳数为3 8的直链或支链脂肪单醇与碳酸合成的碳酸酯衍生物中的一种 或一种以上组合物。
5.如权利要求1所述的一种含氟磺酰亚胺锂锂盐的电解质溶液，其特征在于所述的(D)其他功能添加剂是下列化合物中的一种或一种以上组合物联苯，碳酸亚乙烯酯，碳酸 乙烯亚乙酯，氟代碳酸乙烯酯，亚硫酸丙烯酯，亚硫酸丁烯酯，1、3_丙磺酸内酯，1,4- 丁磺 酸内酯，1、3-(1_丙烯)磺内酯，亚硫酸乙烯酯，硫酸乙烯酯，环己基苯，叔丁基苯，叔戊基苯和丁二氰。
6.权利要求1 5所述的任意一种含氟磺酰亚胺锂锂盐的电解质溶液的用途，其特 征在于将所述电解质溶液应用于在50°C以上高温或-20°C以下低温环境下使用的锂电池 中。
全文摘要
本发明提供一种含氟磺酰亚胺锂锂盐的电解质溶液及其用途，该电解质溶液由四类成份组成含氟磺酰亚胺锂，其他锂盐，碳酸酯类和/或醚类有机溶剂和其他功能添加剂，其中含氟磺酰亚胺锂锂盐在此电解质溶液中的摩尔浓度为0.001～2摩尔/升，其他锂盐在此电解质溶液中所占的摩尔浓度为0～2摩尔/升，其他功能添加剂在此电解质溶液中的摩尔浓度为0～0.5摩尔/升；含氟磺酰亚胺锂为离子型化合物，其阳离子为锂离子。本发明提供的电解质溶液中含有含氟磺酰亚胺锂，能大大提高电解质溶液的低温性能，将其应用于锂电池后，锂电池在50℃以上高温或-20℃以下低温的情况下，其电池容量百分率均有所提高，有利于锂电池的循环寿命和储存寿命的提高。
文档编号H01M10/0565GK102074734SQ20101029763
公开日2011年5月25日 申请日期2010年9月30日 优先权日2010年9月30日
发明者徐丽娜, 李立飞, 袁杰, 袁翔云, 赵世勇, 郭军, 陈世彬 申请人:张家港市国泰华荣化工新材料有限公司