一种阻燃型钾离子电池电解液及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种阻燃型钾离子电池电解液及其制备方法，阻燃型钾离子电池电解液，包括有机溶剂、钾盐和阻燃剂，所述有机溶剂为碳酸酯类有机溶剂和/或醚类有机溶剂，所述阻燃剂为阻燃型钾离子电池电解液总质量的0.1～50％，所述阻燃剂的结构通式为：

【技术实现步骤摘要】
一种阻燃型钾离子电池电解液及其制备方法
本专利技术涉及属于钾离子电池
，具体涉及一种阻燃型钾离子电池电解液及其制备方法。
技术介绍
现代社会的能源以传统化石燃料为主，如煤炭、石油及天然气等等。传统化石燃料的枯竭是不可避免的，大部分化石能源将于本世纪开采殆尽。另一方面，化石能源的使用会造成温室气体的排放，同时产生一些有污染的烟气，威胁全球生态。因此，解决能源问题将是全人类共同的课题。可供开发的新能源有很多种，如风能、核能、太阳能、生物能、潮汐能等，对于这些新能源的开发需要建立完善的理论体系，其中储能尤为重要。储能主要依靠于相关的储能材料及载体，锂离子电池作为储能载体，具有高的能量密度、良好的循环稳定性及低的自放电等优点，但地壳中的锂资源含量十分有限，同时锂电池中使用的材料含有有毒过度重金属等问题，对环境造成很大的污染，因此开发绿色无毒的电池具有很大的意义。钾离子电池作为一种新型电池具有多种优势，如钾源价格低廉，在地壳中的含量高，钾离子电池与锂离子电池的标准还原电势最为接近而且能量密度高，而且钾离子电池的电解液化学活性高有例于电子和离子的传输。钾离子电池在过充、短路、受猛烈撞击、受热等滥用的情况下，会发生着火、燃烧甚至是爆炸等一些安全性的问题。电解液作为电池的重要组成部分之一，也是造成电池安全性问题的重要因素。由于钾离子电池负极的电位与钾接近，比较活泼，在水溶液体系中不稳定，必须使用非水、非质子性有机溶剂作为钾离子的载体，目前钾离子电池大多采用碳酸酯类、醚类、羧酸酯类和/或含硫有机溶剂作为载体，而碳酸酯类和/或醚类有机溶剂存在沸点低、容易挥发，导致电池易燃、易爆等缺陷。针对现有技术中含有碳酸酯类和/或醚类有机溶剂的阻燃型电解液的不足，有必要进一步研发新的阻燃添加剂以及阻燃型钾离子电池电解液。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本专利技术的目的之一是提供一种阻燃型钾离子电池电解液，不仅能够提高钾离子电池的安全性，还能够提高电池的循环稳定性以及电池容量保持率。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案为：一种阻燃型钾离子电池电解液，包括有机溶剂、钾盐和阻燃剂，所述有机溶剂为碳酸酯类有机溶剂和/或醚类有机溶剂，所述阻燃剂为阻燃型钾离子电池电解液总质量的0.1～50％，所述阻燃剂的结构通式为：其中，R1～R6均可以为烷基、烷氧基、卤代烷基、卤代烷氧基、卤代烯烃基、苯基、联苯基、卤代苯基、卤代联苯、烷基硅、烷氧基硅、烷基磷酸酯、烷氧基硼或酰胺基。虽然现有技术中的阻燃剂能够降低电解液的可燃性，但是大多数阻燃剂对钾离子电池性能有较大的负面影响，少数阻燃剂也会使得钾离子电池的电池性能有所下降。而本专利技术中的阻燃剂加入后，在保证优异阻燃效果的前提下，加入少量的阻燃剂，不但对钾电池的电池性能没有负面影响，反而可以提高电池的循环稳定性以及电池容量保持率。为了制备上述阻燃型钾离子电池电解液，本专利技术的目的之二是提供上述阻燃型钾离子电池电解液的制备方法。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案为：一种上述阻燃型钾离子电池电解液的制备方法，先将阻燃剂除水后溶解在有机溶剂中得到混合溶液，然后在无水无氧的条件下将钾盐加入至混合溶液后即可获得阻燃型钾离子电池电解液。本专利技术的目的之三是提供一种上述阻燃型钾离子电池电解液在钾一次电池、钾二次电池以及钾离子电池中的应用。本专利技术的有益技术效果为：1、含有磷腈基团化合物具有良好的阻燃性能，并且对电化学性能影响很小，可以作为新型钾离子电池电解液的阻燃剂；2、通过在钾离子电池电解质溶液中添加阻燃剂，能降低电解液的可燃性能。将本专利技术的电解液应用于钾电池后，可以将电解液的燃烧可能性降为零；3、本专利技术钾离子电池电解液具有低粘度、低毒以及较宽的电化学窗口和温度范围，同时具有高效阻燃效果；采用这种钾离子电池电解液的钾电池不仅具有良好的电化学性能，且安全性大幅提高，具有更广的应用市场。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。本专利技术中所述的钾盐为阳离子为钾离子的无机盐或有机盐。本专利技术中卤代烷基、卤代烷氧基、卤代烯烃基、卤代苯基、卤代联苯中的卤代为部分卤素取代或全部卤素取代。正如
技术介绍
所介绍的，现有技术中存在钾离子电池载体采用的碳酸酯类和/或醚类有机溶剂存在沸点低、容易挥发导致钾离子电池易燃、易爆等缺陷的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种阻燃型钾离子电池电解液。本申请的一种典型的实施方式中，提供了一种阻燃型钾离子电池电解液，包括有机溶剂、钾盐和阻燃剂，所述有机溶剂为碳酸酯类有机溶剂和/或醚类有机溶剂，所述阻燃剂为阻燃型钾离子电池电解液总质量的0.1～50％，所述阻燃剂的结构通式为：其中，R1～R6均可以为烷基、烷氧基、卤代烷基、卤代烷氧基、卤代烯烃基、苯基、联苯基、卤代苯基、卤代联苯、烷基硅、烷氧基硅、烷基磷酸酯、烷氧基硼或酰胺基。虽然现有技术中的阻燃剂能够降低电解液的可燃性，但是大多数阻燃剂对钾离子电池性能有较大的负面影响，少数阻燃剂也会使得钾离子电池的电池性能有所下降。而本专利技术中的阻燃剂加入后，在保证优异阻燃效果的前提下，加入少量的阻燃剂，不但对钾电池的电池性能没有负面影响，反而可以提高电池的循环稳定性以及电池容量保持率。优选的，所述钾盐的浓度为0.001～2mol/L。具有该浓度钾盐的电解液的钾离子电池的性能更好。优选的，所述钾盐为KPF6、KClO4、KAsF6、KBF4、KCH3SO3、KCF3SO3、KBO、KN(CF3SO2)2、KClO6、KODFB、KTFSI、KBOB、KFSI中的一种或几种。优选的，所述碳酸酯类有机溶剂为环状碳酸酯类化合物和/或链状碳酸酯类化合物。进一步优选的，所述环状碳酸酯类化合物为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、γ-丁内酯(GBL)和碳酸亚丁酯中的一种或几种。进一步优选的，所述链状碳酸酯类化合物优选自碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二丙酯、碳酸甲基乙基酯(EMC)、碳数为3～8的直链脂肪单醇与碳酸合成的碳酸酯衍生物、碳数为3～8的支链脂肪单醇与碳酸合成的碳酸酯衍生物中的一种或几种。优选的，所述醚类有机溶剂选自四氢呋喃(THF)、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、二甘醇二甲醚中的一种或几种。为了提高阻燃型钾离子电池电解液的性能，优选的，包括功能添加剂。所述功能添加剂为过充电保护添加剂、成膜添加剂、提高电解液低温性能的添加剂。进一步优选的，所述功能添加剂的浓度为大于0小于等于0.5mol/L。进一步优选的，所述功能添加剂为联苯(BP)、碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、亚硫酸丙烯酯、亚硫酸丁烯酯、1,3-(1-丙烯)磺内酯、亚硫酸乙烯酯(ES)、硫酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阻燃型钾离子电池电解液，其特征是，包括有机溶剂、钾盐和阻燃剂，所述有机溶剂为碳酸酯类有机溶剂和/或醚类有机溶剂，所述阻燃剂为阻燃型钾离子电池电解液总质量的0.1～50％，所述阻燃剂的结构通式为：

【技术特征摘要】
1.一种阻燃型钾离子电池电解液，其特征是，包括有机溶剂、钾盐和阻燃剂，所述有机溶剂为碳酸酯类有机溶剂和/或醚类有机溶剂，所述阻燃剂为阻燃型钾离子电池电解液总质量的0.1～50％，所述阻燃剂的结构通式为：其中，R1～R6均可以为烷基、烷氧基、卤代烷基、卤代烷氧基、卤代烯烃基、苯基、联苯基、卤代苯基、卤代联苯、烷基硅、烷氧基硅、烷基磷酸酯、烷氧基硼或酰胺基。2.如权利要求1所述的阻燃型钾离子电池电解液，其特征是，所述钾盐的浓度为0.001～2mol/L；或，所述钾盐为KPF6、KClO4、KAsF6、KBF4、KCH3SO3、KCF3SO3、KBO、KN(CF3SO2)2、KClO6、KODFB、KTFSI、KBOB、KFSI中的一种或几种。3.如权利要求1所述的阻燃型钾离子电池电解液，其特征是，所述碳酸酯类有机溶剂为环状碳酸酯类化合物和/或链状碳酸酯类化合物；优选的，所述环状碳酸酯类化合物为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、γ-丁内酯和碳酸亚丁酯中的一种或几种。优选的，所述链状碳酸酯类化合物优选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲基乙基酯、碳数为3～8的直链脂肪单醇与碳酸合成的碳酸酯衍生物、碳数为3～8的支链脂肪单醇与碳酸合成的碳酸酯衍生物中的一种或几种。4.如权利要求1所述的阻燃型钾离子电池电解液，其特征是，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯金奎，安永灵，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37