一种饱和碳链类电解质及其制备和应用制造技术

本发明专利技术涉及一种饱和碳链类电解质及其制备和应用，所述电解质包括以下通式I所表示的三氟化硼盐：其中，R、R1独立地为无或含有至少一个碳原子的第一链；且R和R1不同时为无；R2或R3独立地为无或含有至少一个碳原子的第二链；与

【技术实现步骤摘要】
一种饱和碳链类电解质及其制备和应用


[0001]本专利技术涉及电池
，具体涉及一种饱和碳链类电解质及其制备和应用。

技术介绍

[0002]电解质是二次电池的重要及必要组成，锂/钠电池具有高能量密度、高电压、循环次数多、储存时间长等优点，自从商业化以来，被广泛应用于电动汽车、储能电站、无人机、便携式设备等各个方面，无论哪种应用方向，均迫切需要在保证电池安全性的前提下提高电池的能量密度和循环性能。
[0003]锂/钠电池主要包括正极、负极、电解质和隔膜，提高电池的能量密度就是要提高电池的工作电压和放电容量，即使用高电压高容量正极材料和低电压高容量负极材料；提高电池的循环性能主要是提高电解质与正负极之间形成的界面层的稳定性。
[0004]以锂电池为例，目前锂电池中，常用的正极材料包括高电压钴酸锂(LCO)、高镍三元 (NCM811、NCM622、NCM532和NCA)、镍锰酸锂(LNMO)、富锂(Li-rich)等；常用的负极材料包括金属锂、石墨、硅碳、硅氧碳等；常用的隔膜主要为聚乙烯、聚丙烯多孔膜。电解质包括液态电解质和固态电解质，液态电解质为锂盐和非水溶剂的混合物，按照溶剂类型分为碳酸酯类电解质和醚类电解质；固态电解质主要包括聚合物电解质、无机氧化物电解质、硫化物电解质。其中，硫化物电解质对空气极其敏感、电化学窗口较窄、对正极不稳定；氧化物电解质硬度太大、脆性大；聚合物电解质电化学窗口不宽、电导率低、离子迁移数低。因此目前常用的电解质以液态电解液居多，少数使用聚合物电解质。此外，当高电压正极、低电压负极匹配常规液态电解液时，在首周会消耗部分从正极脱出的锂离子，而在正负极颗粒表面形成只导离子、不导电子的钝化层，若形成的钝化层不稳定，随着循环次数的增加，钝化层不断破坏、形成，因此不断消耗电池中的活性锂离子，导致电池首周放电容量较低、容量衰减严重，电池很快失效。钠离子电池也存在类似问题。
[0005]常常在电解液中加入一些添加剂来提高电池性能，如氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯等，但常规电解液添加剂中常常不含可以解离的离子，只能通过消耗正极的离子来形成表面钝化层，因此首效和放电比容均比较低。若添加的盐/添加剂能在电极表面形成一层传导离子、且稳定性好的钝化层，那么可以将电化学窗口窄的液态电解质、聚合物电解质应用于高电压电池体系中。此外，目前商用的锂/钠盐价格均非常高，造成整个电池的成本也比较高，若有一类新的锂/钠盐或代替现有技术锂/钠盐的其它盐类能够兼顾高性能和低成本，那么电池的价格必将大大降低。
[0006]本申请人的其中一个研究团队一直在对含有通过一个羟基-OH取代后得到的-OBF3M基团的化合物进行研究。由于-OBF3是一个强极性的基团，其能够与阳离子形成盐结构，因此，
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OBF3M在一个分子结构中，具有很强的存在感，其可能会改变整个分子结构的性质。而在现有技术中，也仅有极个别研究者对含有BF3基团的化合物进行零星的研究，且都是仅对含有一个BF3基团进行研究，目前，并没有太大成果，更没有发现工业应用的成果；现有技术中鲜有针对-O-BF3M基团进行研究，更没有针对含有两个-OBF3M基团的研究发表。这
与R3均为无，R为含有至少一个碳原子的第一链，两个-OBF3M连接于同一个C上，记为(3)R和R1独立地为含有至少一个碳原子的第一链，R2与R3独立地为无或1-4个碳原子的第二链，且二者不同时为无，记为所述R、R1、R2或R3上能够连接所述取代基。
[0017]优选地，对于所述的通式Ⅰ，其结构可为以下任意一个结构：
[0018][0018]其中， Q1、Q2代表-OBF3M；每个结构中的Z0～Z
24
均独立地为以上任意一段所述的取代基，优选所述取代基选自H、C
1-C6烷基或所述环状取代基。
[0019]优选地，所述取代基选自H、甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、环丙基、环丁基、环戊基、环己基和多环，这些环状取代基中的任意一个H均可独立地被所述第一取代基取代；优选地，第一取代基选自H、甲基、乙基、卤素、硝基、氰基、醛基、酯基、氨基、烷氧基、烷硫基、＝O、＝S、＝CH2。且连接于末尾碳原子上的取代基Z(指上述的Z0～Z
24
)优选为H或甲基。
[0020]优选地，所述环状取代基选自环丙烷基、环丙烯、环氧乙烷、氮丙环、环丁烷基、环丁烯基、环丁杂烯基、环己烷基、二噻烷、1,2-二噻烷、苯环、苯磺酰基、吡啶环、环戊烷基、环戊烯、呋喃、吡咯、噻吩或
[0021]优选地，所述通式Ⅰ为锂盐、钾盐、钠盐、钙盐或镁盐，即通式Ⅰ中的M包括Na
+
、K
+
、 Li
+
、Mg
2+
或Ca
2+
，优选锂盐、钾盐或钠盐。
[0022]本专利技术的另一个专利技术点为提供一种根据以上任意一段所述的电解质的制备方法，该方法为：含有两个-OH的饱和碳链二元结构、三氟化硼类化合物和M源(如M盐、M碱或其它能够为本申请的通式Ⅰ提供金属M的物质等)反应得到产物，即含有两个-OBF3M的饱和碳链类三氟化硼结构。
[0023]本专利技术还有一个专利技术点为提供一种以上任意一段所述的饱和碳链类的电解质在二次电池中的应用，所述应用为：所述电解质既能够作为盐应用也能够作为添加剂应用。
[0024]本专利技术还有一个专利技术点为提供一种应用于锂/钠电池中的添加剂，该添加剂包括以上任意一项通式所述的饱和碳链类三氟化硼盐。
[0025]本专利技术还有一个专利技术点为提供一种应用于锂/钠电池中的锂/钠盐，该锂/钠盐包括以上任意一项通式所述的饱和碳链类三氟化硼盐。
[0026]本专利技术还有一个专利技术点为提供一种电解质，该电解质包括液态电解液、固态电解质、电解质复合膜或凝胶电解质，这些电解质包括以上任意一段所述的饱和碳链类的电解质。
[0027]本专利技术还有一个专利技术点为提供一种电池，所述电池包括液态电池、固态电池、固液混合电池或凝胶电池；该电池包括以上任意一段所述的饱和碳链类的电解质以及正极、负极、隔膜和封装外壳。
[0028]本专利技术最后一个专利技术点为提供一种电池组，所述电池组包括所述电池。
[0029]本专利技术提供了一种饱和碳链类电解质及其制备和应用，其主要具有的有益效果为：
[0030]本申请中的电解质创造性的将两个-OBF3M复合于一个化合物中，且优选-OBF3M与碳原子C连接。该硼有机化合物可作为液态或固态电解质中的添加剂，其能够在锂/钠电池的电极表面形成稳定、致密的钝化膜，阻碍电解液与电极直接接触，抑制电解液分解，可显著提高锂/钠电池的循环性能、放电比容量和充放电效率；此外，该硼有机化合物添加剂本身是一种锂/钠离子导体，作为添加剂，其在电极表面形成的钝化层在成膜时极少消耗正极脱出的锂/钠离子，能够对电池的首次库伦效率、首周放电比容量有明显的提升。且含有该硼有机化合物的电解液和现有的高电压高比容的正极材料及低电压高比容负极材料复配成锂/钠电池时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种饱和碳链类电解质，其特征在于：所述电解质包括以下通式I所表示的饱和碳链类三氟化硼盐：在以上通式Ⅰ中，R、R1独立地为无或含有至少一个碳原子的第一链；且R和R1不同时为无；R2或R3独立地为无或含有至少一个碳原子的第二链；与-OBF3M连接的原子为碳原子C；M为金属阳离子；第一链和第二链均为饱和碳链；所述第一链和第二链中的任意一个C上的H均可独立地被取代基取代。2.根据权利要求1所述的电解质，其特征在于：在通式Ⅰ中，R或R1独立地为1-30个原子的饱和碳链；R2、R3独立地为0-5个原子的饱和碳链；优选地，结构通式Ⅰ中的主链为1-20个碳原子长的链；所述第二链为0-3个原子的饱和碳链。3.根据权利要求2所述的电解质，其特征在于：所述取代基包括H、饱和烷基或环状取代基；优选地，该环状取代基包括三元环、四元环、五元环、六元环、七元环、八元环和同时含有两个或两个以上环结构的多环取代基；该环状取代基上能够选择连接第一取代基，优选地，该第一取代基与所述取代基所限定的种类一致。4.根据权利要求3所述的电解质，其特征在于：在通式Ⅰ中，包括：(1)R2与R3均为无，R与R1独立地为含有至少一个碳原子的第一链，记为两个-OBF3M分别连接于R和R1中的任意一个C原子上；(2)R1、R2与R3均为无，R为含有至少一个碳原子的第一链，两个-OBF3M连接于同一个C上，记为(3)R和R1独立地为含有至少一个碳原子的第一链，R2与R3独立地为无或1-4个碳原子的第二链，且二者不同时为无，记为所述R、R1、R2或R3上能够连接所述取代基。5.根据权利要求4所述的电解质，其特征在于：对于所述的通式Ⅰ，其结构可为以下任意一个结构：
其中，Q1、Q2代表-OBF3M；每个结构中的Z0～Z
24
均独立地为...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞会根，杨萌，
申请(专利权)人：北京卫蓝新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：