一种碱金属电池使用的电解质及其制备和应用制造技术

本发明专利技术属于碱金属(Li、Na、K)电池使用的电解质技术领域，具体一种碱金属电池使用的电解质及其制备和应用。所述电池电解质为液态或固态电解质，电解质中盐为阴离子含氰基的盐中的一种或几种；或，阴离子含氰基的盐中的一种或几种和一种或几种的常规锂盐混合；其中，含氰基盐占电解质质量的0.1％

【技术实现步骤摘要】
一种碱金属电池使用的电解质及其制备和应用


[0001]本专利技术属于碱金属(Li、Na、K)电池使用的电解质
，具体一种碱金属电池使用的电解质及其制备和应用。

技术介绍

[0002]IA族元素电池(目前主要为Li、Na、K电池)具有安全性高、体积能量密度高、环境友好等优点，目前已有很多IA族锂、钠电池的商业化。然而，目前的电池的电解液在正极界面稳定性不够高，难以与高电压的正极匹配，进而限制了电池能量密度的发挥。同时，现有的Li、Na、K电解液与负极的兼容性也很差，电解液会在负极分解形成一层不稳定界面膜或非活性钝化膜。正是这种正负极兼容的电解液的缺乏限制了高能量密度Li、Na、K电池的发展。
[0003]因此，开发与正负极兼容的电解液变得十分迫切和必要。目前开发与正负极兼容的电解液主要有两类方法：一类方法是通过加入添加剂在电池正负极界面分别形成一层界面(CEI/SEI)膜。专利技术专利CN 111313092A公布了一种含氰基的添加剂，专利技术专利CN106033824A公布了一种含氰基的醚类添加剂，添加剂在电解液中的质量分数为0.5
‑
3％。添加剂为中性分子，在构筑界面膜时会消耗已有的锂离子，进而会导致电池性能的下降；且常规的含氰基添加剂中只有一个氰基，或即使含有多个氰基，氰基基团的距离比较远，不利于离子的传输，进而不利于电池容量的发挥。另一类改善正负极界面的方法是改变电解液的配方，即改变溶剂或盐的组成。其中，电解液的溶剂配方已经比较完善，引入新的添加剂会因新官能团与其它官能团相互作用导致溶剂化能力的下降。相比之下，改变盐种类的方法是一条有效的途径，原因是盐的量比较大，不会消耗电极中已有的锂离子，同时对盐进行官能团的修饰也不会对其溶剂化能力及黏度带来很大的影响。重要的是，盐中新引入的官能团可以在正负极界面形成有利的界面(CEI/SEI)膜；而且常规的锂盐中不含多氰基相邻的官能团，不利于界面膜中离子的传输；同时很多常规锂盐也会腐蚀集流体。
[0004]因此，为了实现电解液与正负极的兼容性，需要提供一种新的电解液。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于提供一种碱金属电池使用的电解质及其制备和应用。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用技术方案为：
[0007]一种碱金属电池使用的电解质，碱金属电池包括液态或固态，电解质中盐为阴离子含氰基的盐中的一种或几种；或，阴离子含氰基的盐中的一种或几种和一种或几种的常规盐混合；其中，阴离子含氰基盐占电解质质量的0.1
‑
80％；
[0008]所述阴离子含氰基的盐的结构选自化学式1所示，
[0009][0010]M可选自Li或Na或K；
[0011]X选自B、C、N、O、Al、P或As；
[0012]Y可相同或不同的选自与X成键的原子或官能团，可相同或不同的选自卤素、O、S、CN、OS(＝O)2或NR1；当Y为卤素或CN时无R基团，且，至少一个Y不为卤素或CN；多个Y可分别相同或不同。
[0013]p为1
‑
6的整数，p的取值使阴离子显负一价；
[0014]R1选自C1‑
C
20
的烷基、C5‑
C
20
的芳基或被至少一个下述取代基取代的C1‑
C
20
的烷基、C5‑
C
20
的芳基，下述取代基为氰基、氟或羰基；
[0015]R选自选自C1‑
C
20
的烷基、C5‑
C
20
的芳基或被至少一个下述取代基取代的C1‑
C
20
的烷基、C5‑
C
20
的芳基，下述取代基为氰基、氟或羰基，且，至少一个R选择上述含氰基的取代基，其中，取代基中含两个及以上氰基，同时至少两个氰基连在同一个碳原子上或相邻碳原子上；多个R时，R分别可相同或不同，任选相邻的R还可通过键相连。
[0016]所述其它盐选自MPF6、MAsF6、MClO4、MTFSI、MFSI、MBOB、MDFOB、MBF4中的一种或几种；其中的M选自锂、钠、钾。
[0017]优选，所述式1中，
[0018]R1选自C1‑
C
20
的烷基、C5‑
C
20
的芳基或被至少一个下述取代基取代的C1‑
C
20
的烷基、C5‑
C
20
的芳基，下述取代基为氰基、氟或羰基；
[0019]R选自选自C1‑
C
20
的烷基、C5‑
C
20
的芳基或被至少一个下述取代基取代的C1‑
C
20
的烷基、C5‑
C
20
的芳基，下述取代基为氰基、氟或羰基；或，任选相邻的R还可通过键相连；且，至少一个R选择上述含氰基的取代基，其中，取代基为含氰基的烷基时，氰基的个数为三个及以上，同时至少两个氰基连在同一个碳原子上；取代基为含氰基的芳基时，氰基的个数为两个及以上，同时至少两个氰基连在相邻碳原子上；
[0020]上述芳基中至少含有两个氰基，且氰基为两个时以邻位设置。
[0021]进一步优选，所述式1中，R为
[0022][0023]其中，R3为C0‑
C6的含氰基的烷基；两个相邻的R还可通过键相连；
[0024]R2为C0‑
C6的烷基、C0‑
C6的含氰基的烷基、C0‑
C6的含氟的烷基、C0‑
C6的含羰基的烷基；两个相邻的R还可通过键相连。
[0025]在另一优选，所述式1中，R选自选自C1‑
C
20
的烷基、C5‑
C
20
的芳基或被至少一个下述取代基取代的C1‑
C
20
的烷基、C5‑
C
20
的芳基，下述取代基为氰基、氟或羰基；任选相邻的R通过键相连；且，至少一个R选择上述含氰基的取代基，其中，取代基为含氰基的烷基时，氰基的个数为三个及以上，同时至少两个氰基连在同一个碳原子上；取代基为含氰基的芳基时，氰基的个数为两个及以上，同时至少两个氰基连在相邻碳原子上。
[0026]所述碱金属电池电解质为液态电解质、全固态聚合物电解质、全固态有机
‑
无机复合电解质、全固态无机电解质、凝胶电解质。
[0027]所述液态电解质包含上述阴离子含氰基的盐、溶剂，也可包含常规盐；
[0028]其中常规盐选自MPF6、MAsF6、MClO4、MTFSI、MFSI、MBOB、MDFOB、MBF4中的一种或几种；其中的M选自锂、钠、钾；其中溶剂为含有碳酸酯类溶剂、醚类溶剂及其它溶剂中的一种或几种组合；碳酸酯类溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二
乙酯、碳酸甲乙酯、碳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碱金属电池使用的电解质，碱金属电池包括液态或固态，其特征在于：电解质中盐为阴离子含氰基的盐中的一种或几种；或，阴离子含氰基的盐中的一种或几种和一种或几种的常规盐混合；其中，阴离子含氰基盐占电解质质量的0.1
‑
80％；所述阴离子含氰基的盐的结构选自化学式1所示，M可选自锂或钠或钾；X选自B、C、N、O、Al、P或As；Y可相同或不同选自与X成键的原子或官能团，可相同或不同的选自卤素、O、S、CN、OS(＝O)2或NR1；当Y为卤素或CN时无R基团，且，至少一个Y不为卤素或CN；多个Y分别可相同或不同；p为1
‑
6的整数，p的取值使阴离子显负一价；R1选自C1‑
C
20
的烷基、C5‑
C
20
的芳基或被至少一个下述取代基取代的C1‑
C
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的烷基、C5‑
C
20
的芳基，下述取代基为氰基、氟或羰基；R选自C1‑
C
20
的烷基、C5‑
C
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的芳基或被至少一个下述取代基取代的C1‑
C
20
的烷基、C5‑
C
20
的芳基，下述取代基为氰基、氟或羰基，且，至少一个R选择上述含氰基的取代基，其中，取代基中含两个及以上氰基，同时至少两个氰基连在同一个碳原子上或相邻碳原子上；多个R时，R分别可相同或不同，任选相邻的R还可通过键相连。2.根据权利要求1所述的碱金属电池使用的电解质，其特征在于：所述式1中，R1选自C1‑
C
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的烷基、C5‑
C
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的芳基或被至少一个下述取代基取代的C1‑
C
20
的烷基、C5‑
C
20
的芳基，下述取代基为氰基、氟或羰基；R选自C1‑
C
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的烷基、C5‑
C
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的芳基或被至少一个下述取代基取代的C1‑
C
20
的烷基、C5‑
C

【专利技术属性】
技术研发人员：崔光磊，崔子立，许高洁，乔立鑫，敏学卿，徐红霞，张圣行，
申请(专利权)人：中国科学院青岛生物能源与过程研究所，
类型：发明
国别省市：