一种含有多环结构的电解质及其制备方法和应用技术

本申请提供一种含有多环结构的电解质及其制备方法和应用。其中，所述电解质包括三氟化硼盐，所述三氟化硼盐的结构如通式Ⅰ所示。本申请提供的三氟化硼盐作为电解质的添加剂时，在电极表面形成一层稳定的钝化层，且其本身含M离子，因此在成膜过程中较少消耗电极提供的离子，因此可以显著提高电池的首效和循环性能；当作为电解质中的盐时，该三氟化硼盐具有较好的离子传输性、稳定的电化学性能。本申请提供的三氟化硼盐可以应用于液态电池、固液混合电池、半固态电池、凝胶电池、准固态电池和全固态电池中，有助于提高电池的能量密度、循环稳定性、寿命。并且原料价格低廉、合成工艺简单，具有良好的经济效益。具有良好的经济效益。具有良好的经济效益。具有良好的经济效益。

【技术实现步骤摘要】
一种含有多环结构的电解质及其制备方法和应用


[0001]本申请涉及电池
，特别涉及一种含有多环结构的电解质及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]二次电池具有高能量密度、低自放电、无记忆效应、高功率的特点，已广泛用于各大领域，从消费电子产品、电动工具等小容量电池应用产品逐渐放大到新能源电动车、电动飞机、电动船舶、机器人等新兴领域，应用领域对电池的容量和能量密度要求进一步放大，对电池材料的要求也不断提高。
[0003]以锂电池为例，为了提高电池的能量密度，需要使用高电压高比容的正极材料和低电压高容量的负极材料，如高电压钴酸锂(LCO)、高镍三元(NCM811、NCM622、NCM532和NCA)、镍锰酸锂(LNMO)等正极材料和金属锂、石墨、硅氧碳等负极材料。同时要匹配电化学窗口宽的电解质或在电极的表面形成稳定的钝化层从而提高电池的循环稳定性。
[0004]由于固态电解质能大大提高电池的安全性，近年来很多国家也都在发展固态电池，但固态电池本身也有很大的缺点，如：聚合物电解质离子电导率低、与电极的界面阻抗相对较大；氧化物电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含有多环结构的电解质，其特征在于，所述电解质包括三氟化硼盐，所述三氟化硼盐的结构如通式Ⅰ所示：其中，M为金属阳离子；代表多环，所述多环由两个或两个以上的单环构成；所述多环包括并环、桥环、螺环、同时含有前述三种多环中的至少两种或同时含有至少一个单环和前述三种多环中的至少一种；R1选自无、基团、链式结构或环式结构；R2为取代基，代表环上任意一个H均能够独立地被取代基取代，并且取代基取代一个H、两个H或多个H，在取代基取代两个或多个H的情况下，每个取代基相同或不同。2.根据权利要求1所述的电解质，其特征在于，在通式Ⅰ中，所述并环为2个以上单环并合在一起，并合的两个环中，一个环上相邻两个原子与另一个环的相邻两个原子共用；所述桥环为共用两个以上原子的多环结构；所述螺环为相邻两个单环共有一个原子；构成所述多环的单环为三元～二十元环，且该单环包括饱和碳环、饱和杂环、不饱和碳环、不饱和杂环或芳香环，杂环为含有至少一个杂原子的环，该杂原子选自O、N、P、Si、Se、B或S；在通式Ⅰ中，任意一个C上的H均可独立地被卤素取代。3.根据权利要求2所述的电解质，其特征在于，所述链式结构为1
‑
20个原子组成的链，所述链包括仅由碳原子构成的链和含有至少一个杂原子的链，所述仅由碳原子构成的链和含有至少一个杂原子的链均包括饱和链和含有不饱和键的不饱和链，所述不饱和键为双键和/或三键；所述环式结构为三元～十元环，所述环式结构包括饱和碳环、不饱和碳环、饱和杂环、不饱和杂环；所述取代基选自链类取代基、环类取代基、盐类取代基以及这些基团中任意一个或多个H被卤素原子取代后的基团。4.根据权利要求3所述的电解质，其特征在于，所述链类取代基选自H、卤素原子、羰基、酯基、醛基、醚氧基、醚硫基、＝O、＝S、硝基、氰基、酰胺、伯胺、叔胺、仲胺、磺酰胺基、磺基烷、肼基、重氮基、烃基、杂烃基；其中，R
11
和R
12
独立地为H或烃基；酯基包括羧酸酯、碳酸酯、磺酸酯和磷酸酯；烃基包括烷基、烯基、炔基和烯炔基；杂烃基为含有至少一个杂原子的烃基；所述杂原子选自卤素、N、P、S、O、Se、Al、B和Si；所述环类取代基包括三元～八元环以及由至少两个单环构成的多环；所述盐类取代基包括硫酸盐、磺酸盐、磺酰亚胺盐、碳酸盐、羧酸盐、硫醚盐、氧醚盐、氮盐、盐酸盐、硝酸盐、叠氮盐、硅酸盐、磷酸盐；优选地，所述羰基为酯基为
‑
R
13
COOR
14
、
‑
R
13
OCOR
14
、
‑
R
13
SO2OR
14
、
‑
R
13
O
‑
CO
‑
OR
14
或酰胺为磺酰胺基为磺基烷为重氮基为
‑
N＝N
‑
R
16
，醚氧基为
‑
R
13
OR
14
，醚硫基为
‑
R
13
SR
14
；其中，R
13
、R
14
、R
15
、R
16
、R
17
、R
18
、R
19
独立地为无、环或者含有1
‑
20个碳原子的烃基或杂烃基，该烃基包括烷基、烯基、炔基或烯炔基，该杂烃基包括杂烷基、杂烯基或杂炔基，所述环上能够选择连接取代基；与N直接相连的R
16
、R
17
、R
18
、R
19
基团还能够为H或金属离子，与O直接相连的R
11
、R
12
、R
13
基团还能够为金属离子。5.根据权利要求4所述的电解质，其特征在于，R1选自无、羰基、酯基、烷基、杂烷基、烯基、杂烯基、炔基、杂炔基、烯炔基和含有环状结构的基团；其中，所述杂烯基中的双键包括含有碳碳双键C＝C的结构和含有碳氮双键C＝N的结构。6.根据权利要求5所述的电解质，其特征在于，所述
‑
SBF3M连接的原子为碳原子C；优选地，所述单环包括饱和碳环、饱和杂环、不饱和碳环和不饱和杂环，且该单环为三元环、四元环、五元环、六元环、七元环、八元环、九元环、十元环、十二元环、十四元环、十六元环或十八元环；其中，三元不饱和碳环包括含有1个双键的碳环；三元饱和杂环包括含有1个或2个杂原子的饱和环；三元不饱和杂环包括含有1个双键且同时含有1个或2个杂原子；四元不饱和碳环包括含有1个双键或2个双键的碳环，且若为2个双键，其为非相邻设置；四元饱和杂环包括含有1个或2个杂原子的饱和环；四元不饱和杂环为含有1个或2个双键，且同时含有1个或2个杂原子的四元环；五元不饱和碳环包括含有1个双键或2个双键的碳环，且若为2个双键，其为非相邻设置；五元饱和杂环包括含有1个、2个、3个或4个杂原子的饱和环；五元不饱和杂环为含有1个或2个双键，且同时含有1个、2个、3个或4个杂原子的五元环；六元不饱和碳环包括含有1个、2个或3个双键的碳环，且若为2个或3个双键，两两之间为非相邻设置；六元饱和杂环包括含有1个、2个、3个或4个杂原子的饱和环；六元不饱和杂环为含有1个、2个或3个双键，且同时含有1个、2个、3个、4个、5个或6个杂原子的六元环；七元不饱和碳环包括含有1个、2个或3个双键的碳环，且若为2个或3个双键，两两之间为非相邻设置；七元饱和杂环包括含有1个、2个、3个或4个杂原子的饱和环；七元不饱和杂环为含有1个、2个或3个双键，且同时含有1个、2个、3个或4个杂原子的七元环；八元不饱和碳环包括含有1个、2个、3个或4个双键的碳环，且若为2个或以上的双键，两两之间为非相邻设置；八元饱和杂环包括含有1个、2个、3个或4个杂原子的饱和环；八元不饱和杂环为含有1个、2个、3个或4个双键，且同时含有1个、2个、3个或4个杂原子的八元环；九元不饱和碳环包括含有1个、2个、3个或4个双键的碳环，且若为2个或以上的双键，两两之间为非相邻设置；九元饱和杂环包括含有1个、2个、3个或4个杂原子的饱和环；九元不饱和杂环为含有1个、2个、3个或4个双键，且同时含有1个、2个、3个或4个杂原子的九元环；十元不饱和碳环包括含有1个、2个、3个或4个双键的碳环，且若为2个或以上的双键，两两之间为非相邻设置；十元饱和杂环包括含有1个、2个、3个或4个杂原子的饱和环；十元不饱和杂环为含有1个、2个、3个或4个双键，且同时含有1个、2个、3个或4个杂原子的十元环；
十二元环、十四元环、十六元环、十八元环均独立地包括饱和碳环、含有1个、2个、3个、4个、5个或6个杂原子的饱和杂环以及不饱和杂环，该不饱和杂环为含有1个、2个、3个、4个、5个或6个杂原子，且同时含有1个、2个、3个、4个、5个或6个不饱和键的环；所述多环即为由2～6个以上所限定的单环组合而成；任意一个所述多环上均连接有所述取代基R2；杂环上的任意一个杂原子独立地选自S、N、O、P、Se或Si。7.根据权利要求6所述的电解质，其特征在于，在通式Ⅰ中，所述单环选自以下环：环丙烷、环丙烯、环氧乙烷、环丁烷、环丁烯、环戊烷、环戊烯、环戊二烯、吡咯、二氢吡咯、四氢吡咯、呋喃、二氢呋喃、四氢呋喃、噻吩、二氢噻吩、四氢噻吩、咪唑、吡唑、噻唑、恶唑、异恶唑、三唑、二氢三唑、四唑、苯环、吡啶、二氢吡啶、四氢吡啶、嘧啶、吡嗪、哒嗪、对二氮杂苯、三嗪、环己烷、二恶烷、环己烯、1,3
‑
环己二烯、1,4
‑
环己二烯、哌啶、吡喃、二氢吡喃、四氢吡喃、二氢硫吡喃、四氢硫吡喃、二噻烷、1,2
‑
二噻烷、[1,3]恶唑烷、吗啉、哌嗪、吡喃酮、二氢嘧啶、四氢嘧啶、六氢嘧啶、环庚烷、环氧己烷、环庚烯、1,3
‑
环庚烯、1,3,5
‑
环庚烯、环辛烷、环壬烷、环壬三烯、环十二烷、1,5,9三氮环十二烷、烯、环辛烷、环壬烷、环壬三烯、环十二烷、1,5,9三氮环十二烷、或18
‑
冠醚；所述多环由以上所述单环构成。8.根据权利要求7所述的电解质，其特征在于，所述通式Ⅰ包括以下结构：
在以上结构中，每个环状结构中的R1均独立地与权利要求1
‑
7中任意一项所限定的一致；A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9、A
10
、A
11
、A
12
独立地选自权利要求1
‑
7中任意一项所述的取代基R2中所限定的任意一个取代基，每个环状结构中的任意一个H都可以独立地被取代基取代。9.根据权利要求8所述的电解质，其特征在于，R1选自无、羰基、酯基、
‑
CH2‑
、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、正戊基、异戊基、仲戊基、新戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、十三烷基、十四烷基、十五烷基、乙烯基、丙烯基、丁烯基、戊烯基、己烯基、庚烯基、辛烯基、壬烯基、癸烯基、乙炔基、丙炔基、丁炔基、戊炔基、己炔基、庚炔基、环戊基、环己基、环庚基、1,3
‑
己二烯基、
‑
C＝N
‑
、
‑
C(CH3)2‑
、
‑
CH(CH3)
‑
、
‑
CH(CF3)
‑
、
‑
C(CF3)2‑
、
‑
OCH2‑
、
‑
OCH2CH2‑
、
‑
OCH2CH2CH2‑
、
‑
CH2Z1CH2‑
、
‑
CH2CO
‑
、
‑
CH2CH2CO
‑
、
‑
CH2CH2CH2CO
‑
、
‑
CH＝CH
‑
CO
‑
、
‑
OCH2CH2CH2CO
‑
、＝N
‑
CH2‑
CO
‑
、
‑
Z1CH2CO
‑
、
‑
Z1CH2CH2CO
‑
、
‑
Z1CH2CH2CH2CO
‑
、
‑
Z1CH2CH2CH2CH2CO
‑
、
‑
COOCH2CH2‑
、
‑
O
‑
CH2(CH2)4CH2‑
、
‑
CH2(CH2)5CO
‑
、
‑
N＝C(CH3)
‑
、
‑
O
‑
(CH2)6‑
、
‑
CH2CH2CH(CH3)
‑
、
‑
CH2(CH3)Z1CH2‑
、
‑
CH2(CH3)Z1CH(CH3)
‑
、
‑
CH2CH2Z1CH2‑
、
‑
CH...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞会根，杨萌，程勇斌，
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：