一种碱金属硫电池电解液制造技术

本发明专利技术公开一种碱金属硫电池电解液

【技术实现步骤摘要】
一种碱金属硫电池电解液、其制备方法及包含其的碱金属硫二次电池


[0001]本专利技术涉及碱金属硫电池电解液

。
更具体地，涉及一种碱金属硫电池电解液
、
其制备方法及包含其的碱金属硫二次电池
。

技术介绍

[0002]在过去的数十年中，对二次电池的需求呈指数级增长
。
因此，各国政府和企业纷纷投入大量资源进行电池化学和高性能材料的研究
。
尽管这些研究主要都集中在插层型或转换型电极材料的结构设计上，但电解质体系的设计已经越来越被认为是实现高性能二次电池的关键
。
理想电解质需要满足具备良好的化学和电化学稳定性，出色的倍率性能和安全性
。
[0003]目前，大部分电化学装置使用液态电解质，这是因为液态电解质与电极材料有更好的浸润性，降低了电荷的界面转移电阻
。
在液态电解液中
(
离子液体除外
)
，溶剂分子通过离子
‑
偶极作用将盐解离为阴
、
阳离子，然后阳离子被溶剂分子形成的溶剂笼包覆，在电极间定向移动，完成离子运输过程
。
因此，这种由阳离子和溶剂形成的溶剂化基团的稳定性和溶剂化半径决定了电解液的离子电导率
。
[0004]然而，对于新兴的二次电池，如碱金属离子电池
、
碱金属电池和碱金属硫电池，这些电化学装置的常用电解液面临着离子运输能力弱
、
安全性差等问题
。
此外，对于一些特殊的电化学装置，例如碱金属硫电池，常用的醚基电解液对充放电的中间产物的溶解度较高，从而导致容量迅速衰减
。
因此，要实现电池性能的提升，需要针对不同电化学装置的反应机理设计相应的电解液体系
。

技术实现思路

[0005]基于以上事实，本专利技术的目的在于提供一种碱金属硫电池电解液
、
其制备方法及包含其的碱金属硫二次电池
。
该电解液对阳离子有高溶剂化能力，同时与电极材料兼容性良好，能很好的解决碱金属硫电池电解液体系的离子电导率不够高
、
电池性能不够高等问题
。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：
[0007]一方面，本专利技术提供一种碱金属硫电池电解液，包含：碱金属盐
、
电解液添加剂
、
溶剂和稀释剂；其中，所述溶剂为甲基化环胺
。
[0008]本专利技术技术方案中经研究发现，合适的溶剂只能是甲基化环胺，若将该环胺中甲基换成乙基等其他基团，化合物的分子间空间位阻会变大，溶剂就会很黏，不适合用作电解液溶剂
。
[0009]进一步地，所述甲基化环胺的结构式如下式所示：
[0010][0011]其中，所述
R1选
C1
‑
C3
的直链亚烷基；
[0012]所述
R2选自甲基；
[0013]n
选自2‑6的正整数
。
[0014]进一步地，所述结构式中，当
n
为3时，所述
R1选自
C1
‑
C3
的直链亚烷基
。
[0015]进一步地，所述结构式中，当
n
为
2、4、5
或6时，所述
R1选
C2
‑
C3
的直链亚烷基
。
[0016]具体地，所述
R1选自
‑
CH2‑
、
‑
CH2‑
CH2‑
或
‑
CH2‑
CH2‑
CH2。
[0017]所述碱金属硫电池电解液中，溶剂为甲基化环胺，其具有较强的碱金属离子溶剂化能力
。
相比于传统的酯基和醚基溶剂分子中的氧原子作为电子供体，本专利技术中使用的含有叔胺基团的环胺
(
甲基化环胺
)
作为电子供体，其中的氮原子具有更大的偶极矩，对碱金属离子有着更强的亲和力，有利于形成更加稳定的溶剂化基团
。
另外，环胺分子通过空腔包覆的形式对碱金属离子进行溶剂化，大大缩小了溶剂化半径，降低了碱金属离子的扩散阻力；最终赋予电解液体系具有更高的离子电导率和更大的锂离子转移数
。
[0018]若所述甲基化环胺的环进一步扩大，则溶剂分子的空间位阻就会过大，导致粘度较高，进而不适合作为电解液溶剂
。
[0019]进一步地，所述甲基化环胺选自
1,4
‑
二甲基哌嗪
、1,5
‑
二甲基
‑
1,5
‑
二氮杂环辛烷
、1,3,5
‑
三甲基
‑
1,3,5
‑
三嗪
、1,4,7
‑
三甲基
‑
1,4,7
‑
三氮杂环壬烷
、1,5,9
‑
三甲基
‑
1,5,9
‑
三氮杂环十二烷
、1,4,7,10
‑
四甲基
‑
1,4,7,10
‑
四氮杂环十二烷
、1,5,9,13
‑
四甲基
‑
1,5,9,13
‑
四氮杂环十六烷
、1,4,7,10,13
‑
五甲基
‑
1,4,7,10,13
‑
五氮杂环十五烷
、1,4,7,10,13,16
‑
六甲基
‑
1,4,7,10,13,16
‑
六氮杂环十八烷和
1,5,9,13,17,21
‑
六甲基
‑
1,5,9,13,17,21
‑
六氮杂环二十四烷中的一种或几种
。
[0020]示例性的甲基化环胺的结构式如下式之一所示：
[0021]其中，
R
为
‑
CH2‑
CH2‑
或
‑
CH2‑
CH2‑
CH2‑
；
[0022]其中，
R
为
‑
CH2‑
、
‑
CH2‑
CH2‑
或
‑
CH2‑
CH2‑
CH2‑
；
[0023]其中，
R
为
‑
CH2‑
CH2‑
或
‑
CH2‑
CH2‑
CH2‑
；
[0024]其中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种碱金属硫电池电解液，其特征在于，包含：碱金属盐
、
电解液添加剂
、
溶剂和稀释剂；其中，所述溶剂为甲基化环胺
。2.
根据权利要求1所述的碱金属硫电池电解液，其特征在于，所述甲基化环胺的结构式如下式所示：其中，所述
R1选
C1
‑
C3
的直链亚烷基；所述
R2选自甲基；
n
选自2‑6的正整数
。3.
根据权利要求1所述的碱金属硫电池电解液，其特征在于，当
n
为3时，所述
R1选自
C1
‑
C3
的直链亚烷基；和
/
或当
n
为
2、4、5
或6时，所述
R1选
C2
–
C3
的直链亚烷基
。4.
根据权利要求1所述的碱金属硫电池电解液，其特征在于，所述甲基化环胺选自
1,4
‑
二甲基哌嗪
、1,5
‑
二甲基
‑
1,5
‑
二氮杂环辛烷
、1,3,5
‑
三甲基
‑
1,3,5
‑
三嗪
、1,4,7
‑
三甲基
‑
1,4,7
‑
三氮杂环壬烷
、1,5,9
‑
三甲基
‑
1,5,9
‑
三氮杂环十二烷
、1,4,7,10
‑
四甲基
‑
1,4,7,10
‑
四氮杂环十二烷
、1,5,9,13
‑
四甲基
‑
1,5,9,13
‑
四氮杂环十六烷
、1,4,7,10,13
‑
五甲基
‑
1,4,7,10,13
‑
五氮杂环十五烷
、1,4,7,10,13,16
‑
六甲基
‑
1,4,7,10,13,16
‑
六氮杂环十八烷和
1,5,9,13,17,21
‑
六甲基
‑
1,5,9,13,17,21
‑
六氮杂环二十四烷中的一种或几种
。5.
根据权利要求1所述的碱金属硫电池电解液，其特征在于，所述电解液中，包含：
0.1
～
12.0mol L
‑1的碱金属盐
、0.1
～
20wt
％的电解液添加剂
、
体积比为
1:0.25
～
99
的溶剂和稀释剂
。6.
根据权利要求1所述的碱金属硫电池电解液，其特征在于，所述电解液添加剂选自联苯
、
联苯
‑
4,4
‑
二硫醇
、
碳酸亚乙烯酯
、
硫酸乙烯酯
、
双
(4
‑
硝基苯基
)
碳酸酯
、1,3
‑
丙烯磺酸内酯
、
磷酸三甲酯
、
磷酸三乙酯
、N,N
‑
二甲基三氯乙酰胺
、
五硫化二磷
、
叠氮基三甲基硅烷
、
二硫苏糖醇
、
甲基磷酸二甲酯
、
谷氨酸
、
硝酸锂
、
硝酸钠
、
多硫化钠
、
硝酸钾和多硫化钾中的一种或多种；和
/
或所述稀释剂选自碳酸丙烯酯
、
碳酸乙烯酯

【专利技术属性】
技术研发人员：耿建新，周纪，张家文，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：