【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂电池，特别涉及一种含磺酰胺基团和氟化基团的有机化合物及其应用。
技术介绍
1、随着便携式电子产品(如智能手机和笔记本电脑)、电网储存以及电动汽车的广泛应用，对具有高能量密度的充电电池的需求非常迫切。在过去的几十年里，碱性离子电池（如锂离子电池、钠离子电池、钾离子电池）由于其能量密度是商用铅酸电池的几倍，被认为是最有希望解决能源危机的第一候选电池，尤其是锂离子电池。然而，在实际应用的过程中发现，它自身的局限性阻碍其达到500~700 wh•kg-1这样的高能量密度，不能满足未来电动汽车、电动飞行器等相关领域对高能量密度电池的需求，发展更高能量密度的电池体系迫在眉睫。
2、在新型开发的一系列具有高能量密度的新型电池材料中，锂金属受到了广泛关注，当其作为电池负极材料时，即为锂金属负极（lma），由于锂自身的特质，如：超高的理论比容量3860 mah•g-1，低的电化学电位-3.04 v(相对于标准氢电极，she)以及低的质量密度(0.59 g•cm-3)，使得其组装成的锂金属电池（lmb）拥有超高的理论能量密度，被认为是超越碱性离子电池的下一代电池，有望满足日后的高能量密度需求。
3、然而，lmbs在实际应用中有很多问题需要克服，例如，锂金属自身热力学不稳定以及其拥有超高的化学活性，导致了lmbs产生不稳定的界面、滋生出不规则的锂枝晶以及“死锂”。也因此，lmbs在重复循环过程中表现出较差的电化学性能，包括较差的寿命、较低的库仑效率和容量保持率。尤其是，过多的锂枝晶会穿透隔膜，进而导致lmbs过
4、基于现有技术中存在的问题，同时为了尽快满足电动汽车、电动飞行器等领域对高能量密度电池的需求，优化电解液配方因其简单和高效而被认为是最有希望商业化应用的方法之一。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的技术问题，本专利技术的主要目的在于提供一种含磺酰胺基团和氟化基团的有机化合物及其应用，以克服现有技术的不足。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案，一种含磺酰氨基团和氟化基团的有机化合物，所述含磺酰氨基团和氟化基团的有机化合物的结构式如式（ι）所示：
3、式（ι）；
4、其中，r1选自氟代c1-c8烷基、氟代c4-c10环烷基中的任意一种。
5、在一些优选的实施方式中，所述有机化合物的制备方法包括：
6、s1.提供氢化钠悬浊液，溶剂为四氢呋喃；
7、s2.提供反应液前驱体；低温条件下，在所述氢化钠悬浊液中加入氟代醇，并在惰性气体保护下，滴加二乙基胺磺酰基氯；
8、s3.制备终产物，将所述反应液前驱体在室温条件下搅拌反应得到反应产物；将所述反应产物进行提取、干燥、旋蒸进行除杂后，进行真空蒸馏，得到终产物；
9、所述终产物即为含磺酰胺基团和氟化基团的所述有机化合物。
10、基于上述技术方案提供的有机化合物，本专利技术的另一个目的包括提供一种电解液，其包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括结构式ι所示的含磺酰胺基团和氟化基团的有机化合物。
11、采用上述有机化合物作为电解液的添加剂应用于锂金属电池中，可以有效地调节li+的溶剂化结构，促进富无机sei层的形成，同时还可以通过强吸电子诱导效应使得其在锂金属负极表面优先还原分解，从而实现对负极表面形成的界面膜的有效调控，在锂金属负极表面形成均匀、致密且高离子电导率的界面膜，进而提高了锂金属电池的循环性能，削弱锂金属电池中锂枝晶生长所造成的电化学不良反应。
12、本专利技术的电解液中添加剂的作用机理在于：添加剂含磺酰胺基团和氟化基团的有机化合物拥有的两个基团各自都对锂金属负极表面形成均匀、致密且高离子电导率的界面膜做出了贡献。磺酰胺基团（-nso2-）的存在使得该添加剂分子具有高的供体数，从而在电解质中引入该添加剂可以调节li+的溶剂化结构，减弱li+-溶剂的相互作用，调节lma表面各种物质的竞争吸附，增加锂金属表面edl区的阴离子浓度，从而有助于形成富无机相的sei层，富无机相的sei层具有较高的机械强度和与锂金属的高界面能，有利于锂金属表面沉积的li在不生长锂枝晶的情况下横向生长。同时，添加剂中的氟化基团中的氟原子具有强的吸电子诱导效应，这种强吸电子效应使得添加剂更优先在锂金属负极上还原分解，从而能够更有效地调控界面化学。因此，这种添加剂引入电解质后可以促使均匀sei的形成，减少锂枝晶的产生，提高ce值，改善电池循环性能。
13、本专利技术实施例还提供了一种包含电解液的锂金属电池，包括正极材料、负极材料、电解液和设置于正极和负极之间的隔离膜，其中，所述电解液为前述的电解液。
14、相对于现有技术，本专利技术至少包括如下所述的有益效果：
15、采用本专利技术提供的电解液，通过采用同时具有磺酰胺基团和氟化基团这两种功能片段的添加剂，既可以有效调节li+的溶剂化结构，促进富无机sei层的形成；又可以通过强吸电子诱导效应使得其在锂金属负极表面优先还原分解，从而能够在锂金属负极表面形成均匀、致密且高离子电导率的界面膜，进而提高了锂金属电池的循环性能，削弱锂金属电池中锂枝晶生长所造成的电化学不良反应，提高锂金属电池的电化学稳定性。
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1.一种含磺酰氨基团和氟化基团的有机化合物，其特征在于，所述有机化合物的结构式如式（Ι）所示：
2.根据权利要求1所述的有机化合物，其特征在于，所述有机化合物的结构式选自式（Ⅱ）~式（Ⅵ）中的任一种：
3.根据权利要求1或2所述的有机化合物，其特征在于，所述有机化合物的制备方法包括：
4.如权利要求1-3任一项所述的含磺酰胺基团和氟化基团的有机化合物在锂电池中的应用；所述有机化合物作为添加剂添加至电解液中。
5.一种电解液，其特征在于，包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括式Ι所示的含磺酰氨基团和氟化基团的有机化合物，
6.根据权利要求5所述的电解液，其特征在于，所述添加剂包括式Ⅱ~式Ⅵ中至少任一者所示的含磺酰氨基团和氟化基团的有机化合物：
7.根据权利要求5所述的电解液，其特征在于：所述添加剂占所述锂盐、所述有机溶剂和所述添加剂三者质量之和的0.1wt%~5wt%；
8.根据权利要求5-7任一项所述的电解液，其特征在于：所述有机溶剂包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙丙
9.一种锂金属电池，包括正极材料、负极材料、电解液和设置于正极和负极之间的隔离膜，所述电解液为如权利要求5-8中任意一项所述的电解液。
10.根据权利要求9所述的锂金属电池，其特征在于：所述负极材料包括含锂金属材料，所述含锂金属材料包括金属锂或锂合金；所述锂合金包括Li-Sn合金、Li-Sn-O合金、Li-Mg合金、Li-B合金、Li-Al合金中的任意一种或两种以上的组合。
...【技术特征摘要】
1.一种含磺酰氨基团和氟化基团的有机化合物，其特征在于，所述有机化合物的结构式如式（ι）所示：
2.根据权利要求1所述的有机化合物，其特征在于，所述有机化合物的结构式选自式（ⅱ）~式（ⅵ）中的任一种：
3.根据权利要求1或2所述的有机化合物，其特征在于，所述有机化合物的制备方法包括：
4.如权利要求1-3任一项所述的含磺酰胺基团和氟化基团的有机化合物在锂电池中的应用；所述有机化合物作为添加剂添加至电解液中。
5.一种电解液，其特征在于，包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括式ι所示的含磺酰氨基团和氟化基团的有机化合物，
6.根据权利要求5所述的电解液，其特征在于，所述添加剂包括式ⅱ~式ⅵ中至少任一者所示的含磺酰氨基团和氟化基团的有机化合物：
7.根据权利要求5所述的电解液，其特征在于：所述添加剂占所述锂盐、所述有机溶剂和所述添加剂三者质量之和的0.1wt%~5wt%；
8.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：周飞，周莉莎，乔玉洁，何俊，张跃钢，
申请(专利权)人：安徽盟维新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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