电解液及碱金属电池制造技术

本发明专利技术提供了一种电解液及碱金属电池，此电解液包括电解质盐

【技术实现步骤摘要】
电解液及碱金属电池


[0001]本专利技术涉及二次电池
，尤其涉及一种电解液及碱金属电池
。

技术介绍

[0002]目前，二次电池已广泛应用于汽车
、
手机等技术产品
。
商业化的二次电池主要以石墨为负极材料，其容量发挥已经接近石墨理论值
(372mAh/g)
，很难通过对石墨进行处理而高幅度地提升二次电池的容量
。
[0003]为了获得具有高容量的二次电池，将通过与锂发生合金化反应而具有高储存容量特性的金属材料如硅
(4200mAh/g)
和锡
(990mAh/g)
用作负极活性材料
。
然而，当将诸如硅和锡的金属用作负极活性材料时，在与锂进行合金化的充电过程中其体积膨胀至约4倍，并且在放电过程中再收缩
。
由于在充电
/
放电过程中重复发生电极组件较大的体积变化，因此活性材料逐渐微粉化并从电极上脱落，因此容量迅速减小，从而难以确保稳定性和可靠性，且由此导致商业化失败
。
[0004]与上述负极活性材料相比，碱金属如：锂金属
、
钠金属和钾金属，具有较高的比容量，尤其是金属锂，其理论比容量高达
3860mAh/g
，电极电位低至
‑
3.04V(
相对于
H2/H
+
)
，因此，发展以碱金属作为负极活性材料的碱金属电池再次引起科研工作者的关注
。<br/>[0005]然而，限制碱金属电池进一步发展的障碍主要有两个方面：
(1)
碱金属电池在循环过程中容易产生枝晶，如锂枝晶，锂枝晶容易刺穿电池的隔离膜，导致电池易出现短路；
(2)
锂枝晶的表面积大
、
活性高，易与电解液剧烈反应，导致金属锂表面
SEI
膜
(
界面膜
)
持续重组，消耗电解液和活性锂，还导致循环效率降低，缩短电池循环寿命
。
因此，如何有效改善金属电极表面性质
、
抑制金属枝晶的生成是进一步发展碱金属电池需要解决的重点
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种电解液及碱金属电池，此电解液能形成稳定的
SEI
膜，可削弱碱金属电池中金属枝晶所造成的电化学不良反应，进而提高碱金属电池的倍率性能
、
高温性能和安全性能
。
[0007]为实现上述目的，本专利技术一方面提供了一种电解液，包括电解质盐
、
非水有机溶剂和添加剂
。
所述添加剂包括磷酰胺类化合物和环状硫酸酯化合物，所述磷酰胺类化合物的结构式如式一或式二所示，所述环状硫酸酯化合物的结构式如式三所示
。
[0008][0009]其中，
R1为卤素或卤代烃，
R2和
R3各自独立地选自烃基
、
酯基
、
硅基和卤代烃中至少一种，
R4、R5和
R6各自独立的选自氢原子或
C1
～
C6
的烃基
。
[0010]本专利技术的电解液至少具有下述技术效果
。
[0011](1)
磷酰胺类化合物可与碱金属成键而在碱金属负极的表面上形成稳定的保护膜，该膜富含
LiF、Li3N、LiN
x
O
y
、LiP
x
O
y
等成分
。
其中磷
、
氮
、
氟
、
氧等众多杂原子带电负性，对碱金属离子具有吸引力，富含
LiF、Li3N、LiN
x
O
y
、LiP
x
O
y
等成分的分解产物沉积到电极表面上形成的
SEI
膜有利于碱金属离子
(
如
L
i+
)
通过，可有效改善
SEI
膜的
DCR(
即电阻
)
，进而提高碱金属电池的倍率性能，从而削弱碱金属电池中锂枝晶所造成的电化学不良反应
。
[0012](2)
磷酰胺类化合物含有
‑
P
‑
F
基团，此基团的氧化电位较高，引入后可提高磷酰胺类化合物的耐氧化性，有助于抑制
4.55V
高电压体系下电解液的氧化分解，从而改善碱金属电池的常温循环性能
。
[0013](3)
由于磷酰胺类化合物属于链状结构，形成的无机
SEI
膜的脆性较强，韧性不佳，于长期存储中界面膜的不稳定性导致电解液与正负极界面接触，发生副反应，进而导致高温性能和安全性能较差
。
而通过引入环状硫酸酯化合物，该化合物中环状
‑
N
‑
S(
＝
O2)
‑
N
＝
C(
＝
O)
‑
N
＝
C
‑
结构含有氮硫
、
氮碳
、
硫氧等化学键可在电极
/
电解液界面处反应，形成更加富含有机组分的
SEI
，从而改善界面膜的韧性和稳定性
。
[0014]故，通过链状磷酰胺类化合物和环状硫酸酯化合物的协同作用，调控界面膜的无机和有机成分，可得到稳定的
SEI
膜，可削弱碱金属电池中金属枝晶所造成的电化学不良反应，进而提高碱金属电池的倍率性能
、
高温性能和安全性能
。
[0015]作为本专利技术的一技术方案，所述磷酰胺类化合物占所述电解质盐
、
所述非水有机溶剂和所述添加剂质量之和的
0.01
～
5.00
％，所述环状硫酸酯化合物占所述电解质盐
、
所述非水有机溶剂和所述添加剂质量之和的
0.01
～
2.00
％
。
[0016]作为本专利技术的一技术方案，所述磷酰胺类化合物选自化合物1至化合物6中的至少一种
。
[0017][0018]作为本专利技术的一技术方案，所述环状硫酸酯化合物选自化合物7至化合物
12
中的至少一种
。
[0019][0020]作为本专利技术的一技术方案，所述电解质盐为钠盐
、
钾盐或锂盐
。
[0021]作为本专利技术的一技术方案，所述非水有机溶剂包括环状碳酸酯
、
链状碳酸酯
、
羧酸酯和内酯中的至少一种
。
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种电解液，包括电解质盐
、
非水有机溶剂和添加剂，其特征在于，所述添加剂包括磷酰胺类化合物和环状硫酸酯化合物，所述磷酰胺类化合物的结构式如式一或式二所示，所述环状硫酸酯化合物的结构式如式三所示，其中，
R1为卤素或卤代烃，
R2和
R3各自独立地选自烃基
、
酯基
、
硅基和卤代烃中至少一种，
R4、R5和
R6各自独立的选自氢原子或
C1
～
C6
的烃基
。2.
根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述磷酰胺类化合物占所述电解质盐
、
所述非水有机溶剂和所述添加剂质量之和的
0.01
～
5.00
％，所述环状硫酸酯化合物占所述电解质盐
、
所述非水有机溶剂和所述添加剂质量之和的
0.01
～
2.00
％
。3.
根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述磷酰胺类化合物选自化合物1至化合物6中的至少一种，中的至少一种，
4.
根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述环状硫酸酯化合物选自化合物7至化合物
12
中的至少一种，
5.
根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述电解质盐为钠盐
、
钾盐或锂盐
。6.
根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述非水有机溶剂包括环状碳酸酯
、
链状碳酸酯
、
羧酸酯和内酯中的至少一种
。7.
根据权利要求6所述的电解液，其特征在于，所述非水有机溶剂包括碳酸二甲酯
、<...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄秋洁，毛冲，王霹霹，王晓强，欧霜辉，吴东庆，戴晓兵，冯攀，韩晖，
申请(专利权)人：珠海市赛纬电子材料股份有限公司淮南市赛纬电子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：