锂/亚硫酰氯电池电解液制造技术

本发明专利技术公开了一种锂亚硫酰氯电池电解液，该电解液包括亚硫酰氯、电解质盐和添加剂，添加剂包括第一添加剂和第二添加剂，该制备方法为：将亚硫酰氯进行蒸馏，收集馏分；称取电解质盐溶于亚硫酰氯馏分中；第一添加剂的提纯；第二添加剂的提纯；称取纯化的第一添加剂和纯化的第二添加剂，加入到电解质盐的亚硫酰氯溶液中，即得锂亚硫酰氯电池电解液；本发明专利技术锂亚硫酰氯电池电解液中的第一添加剂和第二添加剂协同作用，使锂/亚硫酰氯电池取得了良好的放电电压和放电容量，显著改善了锂/亚硫酰氯电池的电压滞后现象，并且由该电解液制备的锂亚硫酰氯电池具有较好的循环性能和较高的安全性。

【技术实现步骤摘要】
锂/亚硫酰氯电池电解液
本专利技术涉及锂离子电池
，具体是一种锂亚硫酰氯电池电解液。
技术介绍
锂/亚硫酰氯(Li/SOCl2)电池是一种以锂为阳极，碳作阴极载体，无水四氯铝酸锂的亚硫酰氯(SOCl2)溶液作电解液的锂电池。锂/亚硫酰氯电池具有比能量高、比功率大、放电电压平稳、储存寿命长等特性，在航空航天、水中兵器、导航设备、地质勘探、仪器仪表等军事和民用工业中都有广泛的应用。锂/亚硫酰氯电池是目前电池领域中比能量和比功率最高的一种电池。锂亚硫酰氯电池的总反应机理为：4Li+2SOCl2→4LiCl+S+SO2，硫和二氧化硫溶解在过量的亚硫酰氯电解液中，而且在放电期间，由于产生二氧化硫，会有一定程度的压力产生。在贮存期间，锂负极一经与电解质接触，就与亚硫酰氯电解质反应生成LiCl，锂负极即受到在其上面形成的LiCl膜的保护。这一钝化膜有益于延长电池的贮存寿命，但在放电开始时会引起电压滞后，在高温下长期贮存后的电池，在低温环境下放电，其电压滞后现象尤其明显。为了消除锂/亚硫酰氯电池电压滞后现象，大多采用改善阴极和阳极的集流形式，或改善电解液的杂质含量及摩尔浓度，以降低电池内阻；在电池内部或外部加装电子元件，使电池处于弱放电状态，以弱化钝化膜的形成；在阴极和电解液中添加金属酞菁化合物或硫化物等方式，以改善电压滞后性能。上述方法有些能在一定程度上改善了锂/亚硫酰氯电池的某些性能，但有些则其以“牺牲”锂/亚硫酰氯电池的容量为代价，削弱了锂/亚硫酰氯电池的另外一些性能。电解液是组成锂亚硫酰氯电池的三要素之一，其理化性能对电池材料性能的发挥起着至关重要的作用，开发与阴极和阳极材料相匹配的电解液材料意义非凡。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种锂亚硫酰氯电池电解液及其制备方法，以解决现有技术中的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种锂亚硫酰氯电池电解液，包括亚硫酰氯、电解质盐和添加剂，电解质盐的亚硫酰氯溶液的摩尔浓度为0.1-1mol/L，添加剂的质量为电解液总质量的0.01-0.5%。添加剂的加入量太少，起不到减轻电池电压滞后的现象，添加剂的加入量太多，会影响材料的克容量，并且造成浪费，起不到减轻电池电压滞后的现象。作为优化，添加剂包括第一添加剂和第二添加剂，第一添加剂的结构式为：；其中，X为卤素；R1为腈基、胺基、羟基或硝基；R2、R3均为氢、单取代或多取代的C1-C6烷基、芳基、C1-C6烷氧基或卤代C1-C6烷氧基；R4为C1-C6烷基或被卤素单取代或多取代的C1-C6烷基。作为优化，第二添加剂的结构式为：；其中，X1为卤素；R11、R21、R31均为C1-C10烷基、卤代C1-C10烷基、C1-C10烷氧基或卤代C1-C10烷氧基；R41为未被取代或或被C1-C6烷基取代的杂环基，所述杂环上含有O、N、S元素中的一种或多种。作为优化，电解质盐为双(氟磺酰)亚胺锂、双草酸硼酸锂、三氟甲磺酸锂、三（三氟甲基磺酰）甲基锂、六氟磷酸锂、三草酸磷酸锂、二氟二草酸磷酸锂、四氟草酸磷酸锂中的一种或多种。Li/SOCl2电池的主要缺点是它的电压滞后现象，这种现象尤其在高温贮存之后，再在常温下使用时表现更为严重，引起Li/SOCl2电池电压滞后的原因主要是在电池体系中使用了四氯铝酸锂（LiAlCl4）电解质盐，含有这种盐的电解质溶液于锂阳极产生自发的化学反应，产物为LiCl，而LiCl以薄膜的形式覆盖在锂阳极表面上，妨碍了锂与电解质溶液的接触，最终导致电压滞后，本专利技术采用上述电解质盐代替四氯铝酸锂（LiAlCl4）电解质盐来制备锂亚硫酰氯电池电解液，可以有效减轻电池电压滞后的现象。作为优化，第一添加剂的质量为电解液总质量的0.005-0.3%，第二添加剂的质量为电解液总质量的0.005-0.2%。一种锂亚硫酰氯电池电解液的制备方法，该制备方法包括以下步骤：（1）将亚硫酰氯进行蒸馏，收集馏分；（2）称取电解质盐置于步骤（1）所制得的亚硫酰氯馏分中，定容，得到电解质盐的亚硫酰氯溶液；（3）第一添加剂的提纯：利用丙酮对第一添加剂进行浸提，获得第一添加剂浸提液，再对浸提液进行蒸馏，得到第一添加剂，烘干即得纯化的第一添加剂；（4）第二添加剂的提纯：第二添加剂的提纯采用升华提纯装置进行提纯：（a）将熔盐通过入料口加入到加热室内，采用第一熔盐加热棒和第二熔盐加热棒对熔盐进行加热；（b）将第二添加剂装入升华装料舟中，在第二添加剂上铺硅胶，然后放入圆柱管中，关闭端门后通过真空冷却管由真空泵抽真空，一段时间后完成第二添加剂的提纯；（5）称取步骤（3）得到的纯化的第一添加剂和步骤（4）得到的纯化的第二添加剂，然后加入到步骤（2）所得到的电解质盐的亚硫酰氯溶液中，不断搅拌直至完全溶解，即得锂亚硫酰氯电池电解液。作为优化，一种锂亚硫酰氯电池电解液的制备方法，该制备方法包括以下步骤：（1）将亚硫酰氯置于烧瓶中，加热进行蒸馏，收集70-80℃的馏分；对亚硫酰氯进行蒸馏是起到提纯的目的；（2）称取电解质盐，在惰性气氛条件下，将上述电解质盐溶解在步骤（1）所制得的亚硫酰氯馏分中，进行定容，得到摩尔浓度为0.1-1mol/L的电解质盐的亚硫酰氯溶液；（3）第一添加剂的提纯：利用丙酮对第一添加剂进行浸提，获得第一添加剂浸提液，再对浸提液进行蒸馏，得到第一添加剂，烘干即得纯化的第一添加剂；浸提的温度为30-45℃，浸提的时间为1-4h，所述蒸馏采用减压蒸馏的方式，在40-80℃下进行；（4）第二添加剂的提纯：第二添加剂的提纯采用升华提纯装置进行提纯：该提纯方法的工艺流程短，操作简便，提纯后的第二添加剂的纯度大于99%；（a）将熔盐通过入料口加入到加热室内，采用第一熔盐加热棒和第二熔盐加热棒对熔盐进行加热，使温度达到200-250℃；（b）将第二添加剂装入升华装料舟中，在第二添加剂上铺硅胶，然后放入圆柱管中，关闭端门后通过真空冷却管由真空泵抽真空度到0.03-0.08KPa，经过6-15h完成第二添加剂的提纯；硅胶主要起脱色作用；（5）称取步骤（3）得到的纯化的第一添加剂和步骤（4）得到的纯化的第二添加剂，然后加入到步骤（2）所得到的电解质盐的亚硫酰氯溶液中，不断搅拌直至完全溶解，即得锂亚硫酰氯电池电解液。对第一添加剂和第二添加剂进行提纯，减少杂质，利用它们制得的锂亚硫酰氯电池电解液能够更有效的减轻电池电压滞后的现象。作为优化，步骤（a）中的熔盐为等质量的亚硝酸钠和亚硝酸钾的混合物。作为优化，步骤（3）中在蒸馏之前将浸提液转入震荡器中，在100-300r/min下震荡30-60min。震荡的目的是使第一添加剂与丙酮混合更加均匀。作为优化，步骤（1）、步骤（2）和步骤（3）均是在相对湿度≤0.5-1%的干燥环境中进行操作。锂亚硫酰氯电池电解液与水的作用十分激烈，甚至十分微量的水也容易与之发生作用，产生HCl气体，造成严重腐蚀本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂亚硫酰氯电池电解液，包括亚硫酰氯、三草酸磷酸锂、二氟二草酸磷酸锂和添加剂，电解质盐的亚硫酰氯溶液的摩尔浓度为1mol/L，添加剂的质量为电解液总质量的0.5%，添加剂包括第一添加剂和第二添加剂，其中第一添加剂的质量为电解液总质量的0.3%，第二添加剂的质量为电解液总质量的0.2%；/n第一添加剂的结构式为：/n

【技术特征摘要】
1.一种锂亚硫酰氯电池电解液，包括亚硫酰氯、三草酸磷酸锂、二氟二草酸磷酸锂和添加剂，电解质盐的亚硫酰氯溶液的摩尔浓度为1mol/L，添加剂的质量为电解液总质量的0.5%，添加剂包括第一添加剂和第二添加剂，其中第一添加剂的质量为电解液总质量的0.3%，第二添加剂的质量为电解液总质量的0.2%；
第一添加剂的结构式为：

；
其中，X为Cl；R1为胺基；R2、R3均为甲苯基；R4为氯乙基；
第二添加剂的结构式为：

；
其中，X1为Cl；R11、R21、R31均为氯丙基；R41为2-氯呋喃杂环基；
所述锂亚硫酰氯电池电解液的制备方法包括以下步骤：
（1）在相对湿度≤1%的干燥环境下，将亚硫酰氯置于烧瓶中，加热进行蒸馏，收集80℃的馏分；
（2）在相对湿度≤1%的干燥环境下，称取电解质盐，在惰性气氛条件下，将上述电解质盐溶解在步骤（1）所制得的亚硫酰氯馏分中，进行定容，得到摩尔浓度为1mol/L的电解质盐的亚硫酰氯溶液；
（3）第一添加剂的...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴广华，
申请(专利权)人：裴广华，
类型：发明
国别省市：浙江;33