一种用于锂电池的高电压电解液制造技术

本发明专利技术公开了一种用于锂电池的高电压电解液，属于锂电池电解液技术领域。所述电解液包括有机溶剂，所述有机溶剂为氟代磺酰胺类化合物。氟代磺酰胺类化合物用作锂金属/离子电池电解液的溶剂，能够有效改善电解液的耐电压性能和锂金属/石墨相容性。与此同时，本发明专利技术中的溶剂能够在正极形成稳定的界面保护层，减少电解液的副反应，从而实现优异的循环性能。本发明专利技术将用于锂金属/离子电池的高电压电解液中的锂盐与氟代磺酰胺类溶剂进行特定组合并且进一步优化浓度和配比，使添加本发明专利技术的锂金属/石墨高电压电解液能够与正负极具有优异的兼容性进而实现锂电池的长循环寿命和高库伦效率。效率。效率。

【技术实现步骤摘要】
一种用于锂电池的高电压电解液


[0001]本专利技术属于锂电池电解液
，具体涉及一种用于锂电池的高电压电解液。

技术介绍

[0002]锂基电池自1991年商用化以来，因其具有高能量密度、长循环寿命、无记忆效应和可快速充放电等优点，广泛应用于便携式电子产品、电动汽车以及大型储能电站等领域。随着人们对于锂电池续航里程的要求不断提高，根据公式能量密度＝比容量*电压，负极材料从石墨向着高比容量负极方向发展。锂金属作为一种极高比容量的负极材料，吸引了众多学者的研究。由于锂金属本身最低的沉积电位，传统的由六氟磷酸锂和碳酸酯溶剂组成的商用电解液在负极一侧会发生严重的还原反应，导致其库伦效率降低。因此，设计新型匹配锂金属电极的电解液应用于锂金属电池势在必行。另一方面，正极材料从原来工作电位较低的LiFePO4向着高压的LiNi
0.8
Mn
0.1
Co
0.1
O2等材料发展，同时对电解液的耐氧化性能也提出了更高的要求。
[0003]想要同时满足高压正极和锂金属/石墨负极进行稳定的循环，需要合理的设计电解液的组成。目前，暂时还未有能够满足条件的由单一溶剂和单一锂盐组成的电解液可以实现高压锂金属/离子电池的稳定循环。
[0004]目前，为了同时满足高压正极和锂金属/石墨负极，许多学者致力于开发高浓或者局部高浓电解液去匹配高压锂金属/离子电池。文献“Chen S，Zheng J，Mei D，et al.High
‑
Voltage Lithiumr/>‑
Metal Batteries Enabled by Localized High
‑
Concentration Electrolytes.Advanced Materials，2018：1706102.”中提到向二甲基碳酸酯的高浓电解液中加入之于溶剂2倍摩尔比的双三氟乙基醚，在4.3V的Li||LiNi
1/3
Co
1/3
Mn
1/3
O2纽扣电池中仅循环700圈，容量保持率为80％。文献“Ren XD，Zhang XH，Shadike Z，et al.Designing Advanced In Situ Electrode/Electrolyte Interphases for Wide Temperature Operation of 4.5V Li||LiCoO
2 Batteries.Advanced Materials，2020，32(49)：2004898.”中提到向二甲氧基乙烷的高浓电解液中加入溶剂3倍摩尔比的四氟乙基四氟丙基醚，在4.5V的Li||LiCoO2纽扣电池中循环800圈，容量保持率为82％。虽然目前一些高浓或局部高浓体系能够维持高压锂金属体系循环一段时间，但是从经济成本考虑不太实用，且容量后续随着充放电的进行衰减比较严重。
[0005]另外，虽然现有技术中有些磺酰胺类的电解液专利，例如，公开号为US2019/0386363 A1的专利技术专利申请公开了氟代磺酰胺的非水电解液用于锂空气二次电池，其中公开的氟代磺酰胺基电解液仅能用于提高锂
‑
空气二次电池高压稳定性，其长期稳定性值得商榷。公开号为CN 105470571 A的专利技术专利申请公开的烷基氟磺酰胺，由于本身结构的限制仅能用于做添加剂而无法单独作为溶剂使用，长期稳定性有待提高。公开号为CN 113454805 A的专利技术专利申请公开的电解液中包含三氟甲基磺酰氯，由于其本身在负极那侧极其容易发生还原反应而仅仅能作为电解液的添加剂使用。另外还有公开号为CN 112062715 A和CN 114142088 A的专利技术专利，所涉及到的磺酰胺类的物质，是分别作为电解
质盐和电解液添加剂来使用的，无法作为电解液的溶剂来进行使用。

技术实现思路

[0006]针对目前商用电解液对锂金属/离子电池的耐高压性能差和对锂金属库伦效率低等问题，应用于电池中容量衰减快和库伦效率低等缺点，本专利技术的目的在于提供一种高电压电解液溶剂用于锂金属/离子电池，该高电压溶剂配成的电解液具有超5V的宽电化学窗口，且与锂金属/石墨负极兼容性好，大大提高了高电压锂金属/离子电池的循环寿命。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0008]本专利技术提供了一种氟代磺酰胺类化合物的应用，所述氟代磺酰胺类化合物用作锂电池电解液的有机溶剂，其通式如结构式I或式II所示：
[0009][0010]其中R1为：脂肪环状烷胺基、苯环烷胺基、苯胺基或卤代烷胺基；R2为：氟代烷胺基。
[0011]优选的，所述R1选自吡咯胺基、吗啉胺基、哌啶胺基、N
‑
甲基苯乙胺基、N
‑
甲基苯胺基或
‑
N[(CH2)
n
CX3]2，n取1
‑
4中任意一个正整数，X＝F、Cl、Br或I；R2为
‑
N[(CH2)
n
CF3]2，n取1
‑
4中任意一个正整数。
[0012]更为优选的，所述R1选自吡咯胺基、吗啉胺基、哌啶胺基、N
‑
甲基苯乙胺基或
‑
N(CH2CF3)2，R2为
‑
N(CH2CF3)2。
[0013]本专利技术提供了一种用于锂电池的高电压电解液，所述电解液包括有机溶剂，所述有机溶剂为氟代磺酰胺类化合物，所述氟代磺酰胺类化合物其通式如结构式I或式II所示：
[0014][0015]其中R1为：脂肪环状烷胺基、苯环烷胺基、苯胺基或卤代烷胺基；R2为：氟代烷胺基。
[0016]优选的，所述氟代磺酰胺类化合物占电解液总质量的70％
‑
95％。
[0017]优选的，所述R1选自吡咯胺基、吗啉胺基、哌啶胺基、N
‑
甲基苯乙胺基、N
‑
甲基苯胺基或
‑
N[(CH2)
n
CX3]2，n取1
‑
4中任意一个正整数，X＝F、Cl、Br或I；R2为
‑
N[(CH2)
n
CF3]2，n取1
‑
4中任意一个正整数。
[0018]更为优选的，所述R1选自吡咯胺基、吗啉胺基、哌啶胺基、N
‑
甲基苯乙胺基或
‑
N(CH2CF3)2，R2为
‑
N(CH2CF3)2。
[0019]用于锂电池的高电压电解液还包括锂盐，所述锂盐为六氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂和二氟磷酸锂等无机阴离子锂盐和有机阴离子锂盐中的至少一种。
[0020]优选的，所述锂盐的浓度为0.5
‑
3.0mol/L。
[0021]使用本专利技术溶剂用于高电压锂金属/离子电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氟代磺酰胺类化合物的应用，其特征在于，所述氟代磺酰胺类化合物用作锂电池电解液的有机溶剂，其通式如结构式I或式II所示：其中R1为：脂肪环状烷胺基、苯环烷胺基、苯胺基或卤代烷胺基；R2为：氟代烷胺基。2.如权利要求1所述氟代磺酰胺类化合物的应用，其特征在于，所述R1选自吡咯胺基、吗啉胺基、哌啶胺基、N
‑
甲基苯乙胺基、N
‑
甲基苯胺基或
‑
N[(CH2)
n
CX3]2，n取1
‑
4中任意一个正整数，X＝F、Cl、Br或I；R2为
‑
N[(CH2)
n
CF3]2，n取1
‑
4中任意一个正整数。3.一种用于锂电池的高电压电解液，其特征在于，所述电解液包括有机溶剂，所述有机溶剂为氟代磺酰胺类化合物，所述氟代磺酰胺类化合物其通式如结构式I或式II所示：其中R1为：脂肪环状烷胺基、苯环烷胺基、苯胺基或卤代烷胺基；R2为：氟代烷胺基。4.如权利要求3所述的高电压电解液，其特征在于，所述氟代磺酰胺类化合物占电解液总质量的70％
‑
95％。5.如权利要求3所述的高电压电解液，其特征在于，所述R1选自吡咯胺基、吗啉胺基、哌啶胺基、N
‑
甲基苯乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：范修林，孙创超，朱椿楠，黄小腾，陈立新，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：