本发明专利技术提供了一种电解液添加剂及其制备方法、非水电解液和碱金属电池。本发明专利技术的电解液添加剂具有式一所示的结构，其中，A+为碱金属离子。本发明专利技术的电解液添加剂为氧硫杂环亚胺碱金属盐结构，该结构的环内O和N、N和S或O和S具有共轭作用，其于电极/电解液界面处可形成有机SEI膜和无机SEI膜，有机SEI膜和无机SEI膜形成的双层SEI膜具有协同效应，可有效抑制金属枝晶的生长，提高碱金属电池的循环性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电池，尤其涉及一种电解液添加剂及其制备方法、非水电解液和碱金属电池。
技术介绍
1、目前，锂离子电池已广泛应用于汽车、手机等技术产品。商业化的锂离子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锂离子电池的容量。为了获得具有高容量的锂离子电池，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的较大的体积变化，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。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+)，因此发展以金属锂作为负极的碱金属电池再次引起科研工作者的关注。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)枝晶表面积大、活性高，易与电解液剧烈反应，导致金属表面sei膜(界面膜)持续重组，消耗电解液和活性金属，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</p>2、因此，急需一种电解液添加剂及其制备方法、非水电解液和碱金属电池来解决上述问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种电解液添加剂及其制备方法，通过本专利技术的制备方法可有效合成电解液添加剂，且将本专利技术的电解液添加剂应用于碱金属电池的非水电解液中，可有效抑制金属枝晶的生长，从而改善碱金属电池的容量和循环性能。
2、为实现上述目的，本专利技术第一方面提供了一种电解液添加剂，具有式一所示的结构：
3、
4、其中，a+为碱金属离子。
5、与现有技术相比，本专利技术的电解液添加剂为氧硫杂环亚胺碱金属盐结构类化合物，该化合物的环内o和n、n和s或o和s具有共轭作用，其于电极/电解液界面处反应可形成稳定性较优的有机sei膜，同时o-s-n-a基团沉积在电极/电解液界面处形成富含a3n，anxoy，asxoy成分的无机sei膜。有机sei膜和无机sei膜形成的双层sei膜具有协同效应，可有效抑制金属枝晶的生长，提高碱金属电池的循环性能，故能确保发挥出碱金属负极的高能量密度优势。
6、本专利技术第二方面提供了上述电解液添加剂的制备方法，包括步骤：
7、s1氯磺酰异氰酸酯和乙二醇反应生成氧硫杂环亚胺类化合物；
8、s2所述氧硫杂环亚胺类化合物与金属源进行取代反应。
9、与现有技术相比，本专利技术以氯磺酰异氰酸酯和乙二醇为原料反应可制得具有氧硫杂环亚胺类化合物的中间产物，再与金属源进行取代反应可制得氧硫杂环亚胺碱金属盐，此制备方法简单可控。
10、具体地，在所述s1中，氯磺酰异氰酸酯和乙二醇的反应过程可如反应式一所示，所得产物为氧硫杂环亚胺类化合物，记为中间体a：
11、
12、作为一较佳的技术方案，所述金属源选自氢氧化锂、碳酸锂、甲醇锂、乙醇锂、氢氧化钠、碳酸钠、甲醇钠和乙醇钠中的任一种。
13、具体地，在所述s2中，所述金属源选自氢氧化锂、碳酸锂、甲醇锂、乙醇锂，中间体a与金属源的反应过程可如反应式二所示，所得产物为所述电解液添加剂，所述电解液添加剂为氧硫杂环亚胺锂盐，记为化合物1。
14、
15、具体地，在所述s2中，所述金属源选自氢氧化钠、碳酸钠、甲醇钠、乙醇钠，中间体a与金属源的反应过程可如反应式三所示，所得产物为所述电解液添加剂，所述电解液添加剂为氧硫杂环亚胺钠盐，记为化合物2。
16、
17、作为一较佳的技术方案，所述氯磺酰异氰酸酯和所述乙二醇的摩尔比为1:1～2，具体但不限于为1:1、1:1.1、1:1.2、1:1.3、1:1.5、1:1.7、1:1.8、1:1.9、1:2所述氧硫杂环亚胺类化合物和所述金属源的摩尔比为1:1～2，具体但不限于为1:1、1:1.1、1:1.2、1:1.3、1:1.5、1:1.7、1:1.8、1:1.9、1:2。
18、作为一较佳的技术方案，所述s1包括在0℃于所述乙二醇的甲苯溶液中滴加所述氯磺酰异氰酸酯，滴加完毕后升温至120～140℃回流反应10～15h，再经后处理得到所述氧硫杂环亚胺类化合物。作为示例地，滴加完毕后升温至130℃，回流反应12h。
19、具体地，所述后处理包括洗涤、萃取、干燥、浓缩、分离提纯。作为示例地，所述洗涤为采用饱和氯化钠溶液洗涤；所述萃取为采用二氯甲烷进行萃取；所述干燥为采用无水硫酸镁对所述萃取分液后的物质进行干燥；所述浓缩为采用旋转蒸发仪进行减压浓缩；所述分离提纯为采用柱层析进行分离提纯。
20、作为一较佳的技术方案，所述s2包括所述氧硫杂环亚胺类化合物和所述金属源于0℃在无水乙醇中反应10～14h，再经后处理得到所述氧硫杂环亚胺碱金属盐。作为示例地，反应时间为12h。
21、具体地，所述后处理包括浓缩和重结晶，作为示例地，所述浓缩为对反应液采用旋转蒸发仪进行减压浓缩；所述重结晶为采用二氯甲烷对浓缩液进行重结晶。
22、本专利技术第三方面提供了一种非水电解液，包括非水溶剂、电解质盐，还包括上述的电解液添加剂或者通过上述制备方法制备得到的电解液添加剂，所述电解液添加剂于所述非水电解液中的质量百分比为0.01％～2.00％，具体但不限于为0.01％、0.05％、0.10％、0.50％、1.00％、1.20％、1.40％、1.60％、1.80％、2.00％。
23、作为一较佳的技术方案，所述电解质盐为锂盐和钠盐中的任一种，所述电解质盐于所述非水电解液中的质量百分比为8％～14％，具体但不限于为8％、9％、10％、11％、12％、12.5％、13％、13.5％、14％。
24、具体地，所述电解质盐与所述电解液添加剂相对应，作为示例地，所述电解质盐为锂盐，所述电解液添加剂采用化合物1；所述电解质盐为钠盐，所述电解液添加剂采用化合物2。
25、作为一较佳的技术方案，所述锂盐具体但不限于为六氟磷酸锂(lipf6)、六氟砷酸锂(liasf6)、四氟硼酸锂(libf4)、高氯酸锂(liclo4)、六氟锑酸锂(lisbf6)、二氟磷酸锂(lipf2o2)、双乙二酸硼酸锂(libob)、二氟草酸硼酸锂(lidfob)、4,5-二氰基-2三氟甲基咪唑锂(lidti)和双(氟磺酰)亚胺锂(lifsi)中的一种或多种。
26、作为一较佳的技术方案，所述钠盐具体但不限于为本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种电解液添加剂，其特征在于，具有式一所示的结构：
2.一种根据权利要求1所述的电解液添加剂的制备方法，其特征在于，包括步骤：
3.根据权利要求2所述的电解液添加剂的制备方法，其特征在于，所述金属源选自氢氧化锂、碳酸锂、甲醇锂、乙醇锂、氢氧化钠、碳酸钠、甲醇钠和乙醇钠中的任一种。
4.根据权利要求2所述的电解液添加剂的制备方法，其特征在于，所述氯磺酰异氰酸酯和所述乙二醇的摩尔比为1:1～2，所述氧硫杂环亚胺类化合物和所述金属源的摩尔比为1:1～2。
5.根据权利要求2所述的电解液添加剂的制备方法，其特征在于，所述S1包括在0℃于所述乙二醇的甲苯溶液中滴加所述氯磺酰异氰酸酯，滴加完毕后升温至120～140℃回流反应10～15h，再经后处理得到所述氧硫杂环亚胺类化合物。
6.根据权利要求2所述的电解液添加剂的制备方法，其特征在于，所述S2包括所述氧硫杂环亚胺类化合物和所述金属源于0℃在无水乙醇中反应10～14h，再经后处理得到所述电解液添加剂。
7.一种非水电解液，包括非水溶剂、电解质盐，其特征在于，还包括权利要求1所述的电解液添加剂或者权利要求2～6任一项所述制备方法制备得到的电解液添加剂，所述电解液添加剂于所述非水电解液中的质量百分比为0.01％～2.00％。
8.根据权利要求7所述的非水电解液，其特征在于，所述电解质盐为锂盐和钠盐中的任一种，所述电解质盐于所述非水电解液中的质量百分比为8％～14％。
9.根据权利要求7所述的非水电解液，其特征在于，还包括助剂，所述助剂包括碳酸亚乙烯酯、乙烯基碳酸乙烯酯、亚磺酸乙烯酯、1,3-丙磺酸内酯和磺酸乙烯酯中的至少一种。
10.一种碱金属电池，包括正极材料和负极材料，其特征在于，还包括权利要求7～9任一项所述的非水电解液。
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【技术特征摘要】
1.一种电解液添加剂，其特征在于，具有式一所示的结构：
2.一种根据权利要求1所述的电解液添加剂的制备方法，其特征在于，包括步骤：
3.根据权利要求2所述的电解液添加剂的制备方法，其特征在于，所述金属源选自氢氧化锂、碳酸锂、甲醇锂、乙醇锂、氢氧化钠、碳酸钠、甲醇钠和乙醇钠中的任一种。
4.根据权利要求2所述的电解液添加剂的制备方法，其特征在于，所述氯磺酰异氰酸酯和所述乙二醇的摩尔比为1:1～2，所述氧硫杂环亚胺类化合物和所述金属源的摩尔比为1:1～2。
5.根据权利要求2所述的电解液添加剂的制备方法，其特征在于，所述s1包括在0℃于所述乙二醇的甲苯溶液中滴加所述氯磺酰异氰酸酯，滴加完毕后升温至120～140℃回流反应10～15h，再经后处理得到所述氧硫杂环亚胺类化合物。
6.根据权利要求2所述的电解液添加剂的制备方法，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢金鑫，毛冲，杨乐文，杨富杰，张彩霞，徐尚杰，戴文梁，戴晓兵，
申请(专利权)人：合肥市赛纬电子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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