本申請(qǐng)涉及鋰電領(lǐng)域，特別涉及一種團(tuán)簇體電解質(zhì)、復(fù)合極片及其制備方法以及鋰電池。

背景技術(shù)：

1、隨著新能源汽車(chē)和規(guī)模儲(chǔ)能事業(yè)的快速發(fā)展，人們對(duì)鋰電池也提出了更高的性能要求，包括更高的能量密度、更長(zhǎng)的循環(huán)壽命和更高的安全性等。在影響鋰電池性能的各項(xiàng)因素中，電解質(zhì)作為鋰電池的“血液”，在鋰電池內(nèi)部起著輸運(yùn)鋰離子的作用，是決定鋰電池性能的關(guān)鍵因素之一。

2、因此，有必要開(kāi)發(fā)一種電解質(zhì)，使其可以兼容高能量密度的正負(fù)極材料，且具有良好的熱穩(wěn)定性和電化學(xué)性能，同時(shí)還具有生產(chǎn)成本低、制備工藝簡(jiǎn)單易控等特點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)的目的是提供一種團(tuán)簇體電解質(zhì)，使其可以兼容高能量密度的正負(fù)極材料，且具有良好的熱穩(wěn)定性和電化學(xué)性能，同時(shí)還具有生產(chǎn)成本低、制備工藝簡(jiǎn)單易控等特點(diǎn)。

2、第一方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N團(tuán)簇體電解質(zhì)，包括：由有機(jī)電解質(zhì)鋰鹽的陽(yáng)離子與有機(jī)溶劑分子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)生成的絡(luò)合分子，以及位于所述陽(yáng)離子的溶劑化鞘層中的所述有機(jī)電解質(zhì)鋰鹽的陰離子。

3、在一些實(shí)施例中，所述有機(jī)電解質(zhì)鋰鹽包括三氟甲基磺酸鋰、雙三氟甲基磺酰亞胺鋰、雙氟磺酰亞胺鋰、二(多氟烷基磺酰)亞胺鋰、二(多氟烷氧基磺酰)亞胺鋰、三(三氟甲基磺酰)甲基鋰、二草酸硼酸鋰以及二氟草酸硼酸鋰中的至少一種。

4、在一些實(shí)施例中，所述有機(jī)溶劑包括碳酸酯類(lèi)溶劑、氟代碳酸酯類(lèi)溶劑、醚類(lèi)溶劑、氟代醚溶劑、羧酸酯類(lèi)溶劑、亞硫酸酯類(lèi)溶劑、磷酸酯溶劑以及砜類(lèi)溶劑中的至少一種。

5、第二方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N團(tuán)簇體電解質(zhì)的制備方法，包括：將有機(jī)電解質(zhì)鋰鹽溶解于有機(jī)溶劑，得到前驅(qū)體；以及對(duì)所述前驅(qū)體加熱和/或施加負(fù)壓，使所述前驅(qū)體中的有機(jī)溶劑分子與所述電解質(zhì)鋰鹽結(jié)合形成團(tuán)簇體電解質(zhì)，并使未形成所述團(tuán)簇體電解質(zhì)的有機(jī)溶劑完全揮發(fā)，其中，所述團(tuán)簇體電解質(zhì)包括所述有機(jī)電解質(zhì)鋰鹽的陽(yáng)離子與所述有機(jī)溶劑分子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)生成的絡(luò)合分子，以及位于所述陽(yáng)離子的溶劑化鞘層中的所述有機(jī)電解質(zhì)鋰鹽的陰離子。

6、在一些實(shí)施例中，所述有機(jī)電解質(zhì)鋰鹽包括三氟甲基磺酸鋰、雙三氟甲基磺酰亞胺鋰、雙氟磺酰亞胺鋰、二(多氟烷基磺酰)亞胺鋰、二(多氟烷氧基磺酰)亞胺鋰、三(三氟甲基磺酰)甲基鋰、二草酸硼酸鋰以及二氟草酸硼酸鋰中的至少一種。

7、在一些實(shí)施例中，所述有機(jī)溶劑包括碳酸酯類(lèi)溶劑、氟代碳酸酯類(lèi)溶劑、醚類(lèi)溶劑、氟代醚溶劑、羧酸酯類(lèi)溶劑、亞硫酸酯類(lèi)溶劑、磷酸酯溶劑以及砜類(lèi)溶劑中的至少一種。

8、在一些實(shí)施例中，在所述將有機(jī)電解質(zhì)鋰鹽溶解于有機(jī)溶劑得到前驅(qū)體的步驟中，還包括向所述有機(jī)溶劑中加入添加劑，所述添加劑包括性能優(yōu)化劑和阻燃劑中的至少一種。

9、在一些實(shí)施例中，所述性能優(yōu)化劑包括碳酸亞乙烯酯、碳酸乙烯亞乙酯、硫酸亞乙酯、亞硫酸亞乙酯、硫酸丙烯酯、亞硫酸丙烯酯、4-甲基硫酸亞乙酯、4-甲基亞硫酸亞乙酯、1,4-丁烷磺酸內(nèi)酯、1,3-丙烷磺酸內(nèi)酯、環(huán)己基苯、三(三甲基硅烷)磷酸酯、三(三甲基硅烷)亞磷酸酯、三(三甲基硅烷)硼酸酯、丁二腈、己二腈、五氟丙酸酐、氟代碳酸乙烯酯、二氟草酸硼酸鋰、雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰、雙氟磺酰亞胺鋰、四氟硼酸鋰、雙草酸硼酸鋰、二氟磷酸鋰以及硝酸鋰中的至少一種；和/或所述阻燃劑包括三(2,2,2-三氟乙基)亞磷酸酯、三(4-氟苯基)膦、三(2,2,3,3,3-五氟丙基)磷酸酯、亞磷酸三苯酯、亞磷酸三甲酯、亞磷酸三乙酯、亞磷酸三丁酯、甲基膦酸二甲酯、乙基膦酸二乙酯、乙氧基五氟環(huán)三磷腈、苯氧基五氟環(huán)三磷腈、六甲氧基環(huán)三磷腈以及離子液體中的至少一種。

10、第三方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N復(fù)合極片的制備方法，包括：將團(tuán)簇體電解質(zhì)與電極活性材料以及導(dǎo)電劑均勻干混，得到第一混合物；向所述第一混合物中加入粘結(jié)劑并施加高剪切力混合，將所述粘結(jié)劑纖維化，得到第二混合物；將所述第二混合物進(jìn)行輥壓或擠壓，得到自支撐電極膜；將所述自支撐電極膜與集流體熱壓，得到復(fù)合電極；以及對(duì)所述復(fù)合電極進(jìn)行模切，得到所述復(fù)合極片。

11、在一些實(shí)施例中，所述電極活性材料為正極活性材料或負(fù)極活性材料；所述正極活性材料包括鈷酸鋰、高壓鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、磷酸錳鐵鋰、鎳鈷錳三元材料、鎳鈷鋁三元材料、富鋰錳基材料以及錳酸鋰中的至少一種，所述負(fù)極活性材料包括碳基材料，硅基材料、硅碳復(fù)合材料、鈦酸鋰、錫基材料、鍺基材料以及黑磷基材料中的至少一種；和/或所述導(dǎo)電劑包括電炭黑、碳納米管、納米碳纖維以及石墨烯中的至少一種；所述粘結(jié)劑包括聚四氟乙烯；和/或所述集流體為銅箔、鋁箔、鎳箔、不銹鋼箔或?qū)щ娝芰夏ぃ?/p>

12、第四方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N由本申請(qǐng)第三方面所述的制備方法制備的復(fù)合極片。

13、第五方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N鋰電池，包括如本申請(qǐng)第四方面所述的至少兩個(gè)復(fù)合極片；以及設(shè)置在所述復(fù)合電極之間的隔膜，所述隔膜為固態(tài)電解質(zhì)隔膜或準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)隔膜。

14、本申請(qǐng)?zhí)峁┑膱F(tuán)簇體電解質(zhì)、復(fù)合極片及其制備方法以及鋰電池的有益效果包括但不限于以下：

15、本申請(qǐng)?zhí)峁┑膱F(tuán)簇體電解質(zhì)與液態(tài)電解質(zhì)和凝膠態(tài)電解質(zhì)相比，具有更高的熱穩(wěn)定性和安全性，更寬的電化學(xué)窗口，可兼容高壓正極材料；與固態(tài)電解質(zhì)相比，生產(chǎn)成本低，制備工藝簡(jiǎn)單易控，易于實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。

16、包括有本申請(qǐng)?zhí)峁┑膱F(tuán)簇體電解質(zhì)的復(fù)合極片在制備得到的鋰電池相對(duì)常規(guī)液態(tài)鋰電池有更好的熱穩(wěn)定性和安全性；與固態(tài)電池相比生產(chǎn)成本低，易于實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。

17、此外，使用復(fù)合極片制備鋰電池的制備方法與制備常規(guī)液態(tài)鋰電池相比簡(jiǎn)單，減少了注液工序，有助于提高生產(chǎn)效率。

技術(shù)特征：

1.一種團(tuán)簇體電解質(zhì)，其特征在于，包括：由有機(jī)電解質(zhì)鋰鹽的陽(yáng)離子與有機(jī)溶劑分子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)生成的絡(luò)合分子，以及位于所述陽(yáng)離子的溶劑化鞘層中的所述有機(jī)電解質(zhì)鋰鹽的陰離子。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的團(tuán)簇體電解質(zhì)，其特征在于，所述有機(jī)電解質(zhì)鋰鹽包括三氟甲基磺酸鋰、雙三氟甲基磺酰亞胺鋰、雙氟磺酰亞胺鋰、二(多氟烷基磺酰)亞胺鋰、二(多氟烷氧基磺酰)亞胺鋰、三(三氟甲基磺酰)甲基鋰、二草酸硼酸鋰以及二氟草酸硼酸鋰中的至少一種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的團(tuán)簇體電解質(zhì)，其特征在于，所述有機(jī)溶劑包括碳酸酯類(lèi)溶劑、氟代碳酸酯類(lèi)溶劑、醚類(lèi)溶劑、氟代醚溶劑、羧酸酯類(lèi)溶劑、亞硫酸酯類(lèi)溶劑、磷酸酯溶劑以及砜類(lèi)溶劑中的至少一種。

4.一種團(tuán)簇體電解質(zhì)的制備方法，其特征在于，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述有機(jī)電解質(zhì)鋰鹽包括三氟甲基磺酸鋰、雙三氟甲基磺酰亞胺鋰、雙氟磺酰亞胺鋰、二(多氟烷基磺酰)亞胺鋰、二(多氟烷氧基磺酰)亞胺鋰、三(三氟甲基磺酰)甲基鋰、二草酸硼酸鋰以及二氟草酸硼酸鋰中的至少一種。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述有機(jī)溶劑包括碳酸酯類(lèi)溶劑、氟代碳酸酯類(lèi)溶劑、醚類(lèi)溶劑、氟代醚溶劑、羧酸酯類(lèi)溶劑、亞硫酸酯類(lèi)溶劑、磷酸酯溶劑以及砜類(lèi)溶劑中的至少一種。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，在將所述有機(jī)電解質(zhì)鋰鹽溶解于有機(jī)溶劑得到前驅(qū)體的步驟中，還包括向所述有機(jī)溶劑中加入添加劑，所述添加劑包括性能優(yōu)化劑和阻燃劑中的至少一種。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述性能優(yōu)化劑包括碳酸亞乙烯酯、碳酸乙烯亞乙酯、硫酸亞乙酯、亞硫酸亞乙酯、硫酸丙烯酯、亞硫酸丙烯酯、4-甲基硫酸亞乙酯、4-甲基亞硫酸亞乙酯、1,4-丁烷磺酸內(nèi)酯、1,3-丙烷磺酸內(nèi)酯、環(huán)己基苯、三(三甲基硅烷)磷酸酯、三(三甲基硅烷)亞磷酸酯、三(三甲基硅烷)硼酸酯、丁二腈、己二腈、五氟丙酸酐、氟代碳酸乙烯酯、二氟草酸硼酸鋰、雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰、雙氟磺酰亞胺鋰、四氟硼酸鋰、雙草酸硼酸鋰、二氟磷酸鋰以及硝酸鋰中的至少一種；和/或

9.一種復(fù)合極片的制備方法，其特征在于，包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于，所述電極活性材料為正極活性材料或負(fù)極活性材料；所述正極活性材料包括鈷酸鋰、高壓鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、磷酸錳鐵鋰、鎳鈷錳三元材料、鎳鈷鋁三元材料、富鋰錳基材料以及錳酸鋰中的至少一種，所述負(fù)極活性材料包括碳基材料，硅基材料、硅碳復(fù)合材料、鈦酸鋰、錫基材料、鍺基材料以及黑磷基材料中的至少一種；和/或

11.一種復(fù)合極片，其特征在于，采用權(quán)利要求9～10任意一項(xiàng)所述的制備方法制備。

12.一種鋰電池，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N團(tuán)簇體電解質(zhì)，包括：由有機(jī)電解質(zhì)鋰鹽的陽(yáng)離子與有機(jī)溶劑分子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)生成的絡(luò)合分子，以及位于所述陽(yáng)離子的溶劑化鞘層中的所述有機(jī)電解質(zhì)鋰鹽的陰離子。本申請(qǐng)還提供團(tuán)簇體電解質(zhì)的制備方法。本申請(qǐng)還提供一種包括團(tuán)簇體電解質(zhì)的復(fù)合極片及其制備方法。本申請(qǐng)還提供一種鋰電池。本申請(qǐng)?zhí)峁┑膱F(tuán)簇體電解質(zhì)可以兼容高能量密度的正負(fù)極材料，且具有良好的熱穩(wěn)定性和電化學(xué)性能，同時(shí)還具有生產(chǎn)成本低、制備工藝簡(jiǎn)單易控等特點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：丁飛,王磊
受保護(hù)的技術(shù)使用者：天津巨及科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6