一种氟化碳-二氧化锰金属电池电解液及包含其的电池制造技术

本发明专利技术提供一种氟化碳-二氧化锰金属电池电解液，其包含溶剂、第一添加剂和第二添加剂，该第一添加剂选自结构式1、结构式2和结构式3所示的一种或多种化合物，其中R1、R2、R3、M1和M2如说明书中所定义；该第二添加剂选自结构式4、结构式5、结构式6、结构式7和结构式8所示的一种或多种添加剂，其中R4、R5、R6和M3如说明书中所定义。本发明专利技术还提供包含该电解液的氟化碳-二氧化锰金属电池，特别是锂/氟化碳-二氧化锰电池。本发明专利技术的电解液使氟化碳-二氧化锰金属电池在高低温下均具有良好的容量保持率。电池在高低温下均具有良好的容量保持率。电池在高低温下均具有良好的容量保持率。电池在高低温下均具有良好的容量保持率。

【技术实现步骤摘要】
一种氟化碳-二氧化锰金属电池电解液及包含其的电池


[0001]本专利技术属于电池
，具体涉及一种氟化碳-二氧化锰金属电池电解液及包含该电解液的氟化碳-二氧化锰金属电池，特别是锂氟化碳-二氧化锰电池。

技术介绍

[0002]当今世界能源问题日益严峻，环境污染持续恶化。为了实现可持续发展，各种新能源和可再生能源如水能、风能、氢能、核能、潮汐能、太阳能的利用和发展成为世界各国研究的热点。储能器件性能的提高，能有效地促进新能源应用的普及。众多的储能器件中，电化学储能电池以其能量密度高、能源转换效率好、污染小、组合和移动方便等特点，成为世界各国重要研究方向之一。
[0003]在各类电化学储能电池中，氟化碳金属电池具有如下优异特性：(1)电压高，扣式氟化石墨电池开路电压约为3.3V,放电平台电压约为2.8V(电流密度0.1mA cm-2
),比容量可达800mAh/g以上，理论能量密度高达2180Wh/Kg；(2)储能材料利用率高、电压平稳、储存期长、适用范围广，可以在很宽的温度范围(-20至70℃)下使用。其中，锂氟化碳电池具有高的比能量，但它自身导电率差，发热量大，体积膨胀严重，这给电池设计和使用带来了不便。二氧化锰正极虽然比容量比氟化碳低，但它具有放电平台高，无电压滞后，发热量小，体积膨胀小的特点，正好能与氟化碳材料互补。然而，现有的氟化碳/二氧化锰金属电池，由于在高温下表面电解质层容易遭受破坏，低温下离子电导率低，因而存在高低温时容量变低的的问题。

技术实现思路

[0004]针对现有的氟化碳-二氧化锰金属电池高低温性能差的技术问题，本专利技术提供了一种耐高低温的氟化碳-二氧化锰金属电池电解液，采用该电解液的氟化碳-二氧化锰金属电池例如锂氟化碳-二氧化锰电池在高低温下均具有良好的容量保持率。
[0005]因此，在第一方面，本专利技术提供一种氟化碳-二氧化锰金属电池电解液，该电解液包含溶剂、第一添加剂和第二添加剂，该第一添加剂选自结构式1、结构式2和结构式3所示的一种或多种化合物：
[0006][0007]其中，R1选自S或Se；R2选自C、Si、Ge或Sn；R3选自其中部分氢或全部氢被其它元素或基团取代的碳链基团或芳环基团；M1选自N、B、P、As、Sb或Bi；M2选自Li、Na或K，
[0008]该第二添加剂选自结构式4、结构式5、结构式6、结构式7和结构式8所示的一种或多种添加剂：
[0009][0010]其中，R4、R5和R6各自独立地选自其中部分氢或全部氢被其它元素或基团取代的碳链基团或芳环基团；M3选自Li、Na或K，
[0011]在本专利技术的优选实施方案中，R3选自其中部分氢或全部氢被卤族元素或卤代烃基取代的含1-4个碳的饱和碳链基团、含1-4个碳的不饱和碳链基团或芳环基团。
[0012]作为具体的实例，结构式1的化合物选自以下所示的化合物：
[0013][0014][0015][0016]作为具体的实例，结构式2的化合物选自以下所示的化合物：
[0017][0018][0019]作为具体的实例，结构式3的化合物选自以下所示的化合物：
[0020][0021][0022][0023]作为具体的实例，结构式4的化合物选自以下所示的化合物：
[0024][0025]作为具体的实例，结构式5的化合物选自以下所示的化合物：
[0026][0027]作为具体的实例，结构式6的化合物选自以下所示的化合物：
[0028][0029]作为具体的实例，结构式7的化合物选自以下所示的化合物：
[0030][0031][0032]作为具体的实例，结构式8的化合物选自以下所示的化合物：
[0033][0034]以该氟化碳-二氧化锰金属电池电解液的总质量为100％计，第一添加剂在该氟化碳-二氧化锰金属电池电解液中的质量百分含量为0.1％-20％,优选地为0.5％-10％，更优选地为1％-5％；第二添加剂在该氟化碳-二氧化锰金属电池电解液中的质量百分含量为0.1％-20％,优选地为0.5％-10％，更优选地为1％-5％。
[0035]还进一步地，该氟化碳-二氧化锰金属电池电解液还包含选自LiPF6、LiBF4、LiBOB、LiClO4、LiCF3SO3、LiDFOB、LiN(SO2CF3)2和LiN(SO2F)2中的一种或多种锂盐。
[0036]该氟化碳-二氧化锰金属电池电解液的溶剂包含氟代溶剂。优选地，该氟代溶剂包括氟代碳酸乙烯酯、3,3,3-三氟乙基碳酸甲酯、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,2-三氟乙醚中的一种或多种。优选地，以该氟化碳-二氧化锰金属电池电解液的溶剂的总体积为100％计，该氟代溶剂的体积百分比为10％-60％。
[0037]该氟化碳-二氧化锰金属电池电解液的溶剂还包括乙二醇二甲醚、碳酸二甲酯、1,3-二氧戊环、碳酸亚乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、亚硫酸丙烯酯和丙酸甲酯中的一种或多种。
[0038]在第二方面，本专利技术提供一种氟化碳-二氧化锰金属电池，其包括第一方面的电解液、氟化碳-二氧化锰正极、负极和位于正极与负极之间的隔膜。
[0039]优选地，该负极包含单质锂、单质钠、单质钾、单质铝和单质镁的一种或多种。相应地，该氟化碳-二氧化锰金属电池为锂氟化碳-二氧化锰电池、钠氟化碳-二氧化锰电池、钾氟化碳-二氧化锰电池、铝氟化碳-二氧化锰电池和镁氟化碳-二氧化锰电池。
[0040]专利技术人经研究发现，在氟化碳-二氧化锰金属电池电解液中添加结构式1-3所示的第一添加剂和结构式4-8所示的第二添加剂，能够有效地提高氟化碳-二氧化锰金属电池在高低温下的容量保持率。这是由于结构式1-3所示的第一添加剂，能够在电极表面形成一层稳定、致密、薄的高离子电导率的电解质层。该电解质层热性能稳定，在高温下不容易破坏，从而减少因电解液进一步分解而引起的电解质层的增厚，降低电池界面电阻，对电池的高低温性能都有提高作用。并且，由于氟化碳电极在放电过程中会产生金属氟化物，该金属氟化物与第一添加剂产生的稳定、致密、薄的、高离子电导率的电解质层容易共混形成一体，更利于界面阻抗的降低，从而提高电池高低温性能。此外，第一添加剂还能够提高电解液离子电导率，高温下电解液离子电导率更高，电池的容量因而能够提高。结构式4-8所示的第二添加剂也参与电池电解质层的生长，形成硼的三价氧化物，该氧化物能有效抑制第一添加剂的持续分解，减少电解质层的持续生长所引起的电解质层增厚，从而降低电池界面阻
抗。由于第一添加剂能提高电解液的离子电导率，加入第一添加剂和第二添加剂时，两种添加剂协同作用，能有效提高电池的高低温性能。
附图说明
[0041]图1显示根据本专利技术实施例1和对比例1的锂氟化碳-二氧化锰电池在LiFSI/EC:FEC:EMC＝1:1:8的电解液中不同温度下电池性能曲线和LiFSI/EC:FEC:EMC＝1:1:8+1％LiHFDF+1％LiBOB电解液中不同温度下电池性能曲本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氟化碳-二氧化锰金属电池电解液，其特征在于，所述电解液包含溶剂、第一添加剂和第二添加剂，所述第一添加剂选自结构式1、结构式2和结构式3所示的一种或多种化合物：其中，R1选自S或Se；R2选自C、Si、Ge或Sn；R3选自其中部分氢或全部氢被其它元素或基团取代的碳链基团或芳环基团；M1选自N、B、P、As、Sb或Bi；M2选自Li、Na或K，所述第二添加剂选自结构式4、结构式5、结构式6、结构式7和结构式8所示的一种或多种添加剂：其中，R4、R5和R6各自独立地选自其中部分氢或全部氢被其它元素或基团取代的碳链基团或芳环基团；M3选自Li、Na或K。2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，R3选自其中部分氢或全部氢被卤族元素或卤代烃基取代的含1-4个碳的饱和碳链基团、含1-4个碳的不饱和碳链基团或芳环基团。3.根据权利要求2所述的电解液，其特征在于，所述结构式1的化合物选自以下所示的化合物：
所述结构式2的化合物选自以下所示的化合物：
所述结构式3的化合物选自以下所示的化合物：
4.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述结构式4的化合物选自以下所示的化合物：所述结构式5的化合物选自以下所示的化合物：所述结构式6的化合物选自以下所示的化合物：
所述结构式7的化合物选自以下所示的化合物：
所述结构式8的化合物选自以下所示的化合物：5.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述电解液还包含选自LiPF6、LiBF4、LiBOB...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓永红，肖映林，覃光平，钱韫娴，胡时光，
申请(专利权)人：深圳新宙邦科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：