【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂基双离子电池，具体涉及一种高浓度电解液、铁氰化锰衍生碳负极及其超快充锂基双离子电池。
技术介绍
1、随着经济社会的快速发展，能源在人类活动中发挥的作用越来越重要，人们对于能源的需求也正急剧上升。因此，可持续、清洁能源的开发、存储与高效利用成为全社会关心的议题。因具有高能量密度、优异的循环性能和无记忆效应，锂离子电池是当前商业化最成功的二次电池储能装置，占据了市场的主导地位，已经进入到人们生活的方方面面，其中包括移动电子设备、电动汽车和储能电站等。然而受限于锂资源在地壳中的匮乏，锂离子电池具有较高的成本，同时未来无法满足日益增长的储能装置的需要。
2、双离子电池是近年来新发展的一种新型储能装置，其具有高电压、高能量密度和低成本的优势，在未来电网级储能装置的竞争中具有较大的优势。然而当前双离子电池的电化学性能还不尽人意。双离子电池跟锂离子电池结构类似，主要包括正极、负极、隔膜和电解液。特别地，在充放电过程分别嵌入正负极的阴阳离子由电解液提供。因此，电解液在双离子电池体系中也参与了电化学反应，对双离子电池的电化学性能具有较大的影响。理论上电解液浓度越高，其性能可能越好。然而，电解质浓度的增大也会导致粘度的增大以及离子电导率的降低，不利于离子迁移。另外，当前双离子电池的负极材料主要为石墨等碳材料，其具有来源广泛，容易获取的特点，然而石墨的放电比容量比较低，以锂嵌入石墨层形成的lic6为例，其放电比容量仅为372mah g-1，无法满足高能量密度的双离子电池的需要。同时，在不断的充放电循环中，电极的结构会随着离
技术实现思路
1、针对现有的技术问题，本专利技术旨在提供一种宽电化学窗口、低粘度和高离子电导率的高浓度电解液及高容量、循环稳定性优异、可快速充电的双离子电池。通过配制双添加剂高浓度电解液，利用添加剂的稀释作用改善高浓度电解液中随锂盐浓度升高，电解液的粘度增大，离子电导率低的问题。同时电解液添加剂的协同加入有助于正负极表面电解质界面层的形成(sei/cei)。从而提升所设计的双碳双离子电池的比容量、循环性能和倍率性能。同时基于普鲁士蓝类似物铁氰化锰衍生物负极材料和高浓度电解液设计锂基双离子电池体系，获得具有超快充能力和优异稳定性的双离子电池。
2、为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下。
3、一种适用于锂基双离子电池的高浓度电解液，包括溶剂、电解质锂盐以及功能性添加剂；所述溶剂采用有机溶剂与离子液体杂化溶剂体系；所述功能性添加剂由碳酸亚乙烯酯(vc)、亚硫酸乙烯酯(es)，氟代碳酸乙烯酯(fec)、苯砜(ps)中的两种或者多种组合而成；所述锂盐在杂化溶剂体系中的浓度为4.0～6.0mol l-1。
4、优选的，所述锂盐在杂化溶剂体系中的浓度为6.0mol l-1。
5、优选的，所述功能性添加剂由碳酸亚乙烯酯和氟代碳酸乙烯酯组合而成，所述碳酸亚乙烯酯和氟代碳酸乙烯酯的混合体积比例为1-5:1。
6、优选的，所述功能性添加剂与电解液的体积比为1％-10％。
7、优选的，所述有机溶剂为碳酸甲乙酯(emc)、碳酸二甲酯(dmc)、碳酸二乙酯(dec)、碳酸乙烯酯(ec)、碳酸丙烯酯(pc)和碳酸甲丙酯(mpc)中的一种或多种。
8、优选的，所述离子液体为n-丁基-n-甲基吡咯烷双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐(pyr14tfsi)、n-丁基-n-甲基吡咯烷六氟磷酸盐(pyr14pf6)、n-丁基-n-甲基吡咯烷双氟磺酰亚胺盐(pyr14fsi)、n-丁基-n-甲基哌啶双(三氟甲烷磺酰)(pp14tfsi)中一种或多种。
9、优选的，所述锂盐为六氟磷酸锂(lipf6)、双三氟甲烷磺酰亚胺锂(litfsi)、双氟磺酰亚胺锂(lifsi)、四氟硼酸锂(libf4)和高氯酸锂(liclo4)中的一种或多种。
10、优选的，所述有机溶剂和离子液体的体积比为1-3:1。
11、优选的，所述有机溶剂为碳酸甲乙酯；所述离子液体为n-丁基-n-甲基吡咯烷双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐；所述锂盐为双三氟甲烷磺酰亚胺锂。
12、优选的，所述适用于锂基双离子电池的高浓度电解液的制备方法包括以下步骤：
13、首先将一定浓度的锂盐溶解于有机溶剂-离子液体混合溶剂体系，充分搅拌，随后加入一定比例的功能性添加剂，充分搅拌若干小时，从而制备高浓度电解液。
14、一种铁氰化锰衍生碳负极的制备方法，包括以下步骤：
15、将锰盐溶液逐滴加入铁氰化钾溶液中，经过离心分离、干燥，随后在氩气保护下600-900℃热处理4-8h，最后经过稀盐酸酸洗处理后得到铁氰化锰衍生碳负极。
16、优选的，所述锰盐与铁氰化钾的摩尔比为1-2:1。
17、由以上所述的制备方法制得的一种铁氰化锰衍生碳负极。
18、一种锂基双离子电池，包括石墨类碳材料正极、玻璃纤维隔膜、以上所述的铁氰化锰衍生碳负极以及以上任一项所述的电解液。
19、优选的，电解质的浓度为6.0m，溶剂体系优选为emc：pyr14tfsi＝1:1(体积比)，电解质添加剂为5％的vc-fec(vf)混合物。
20、优选的，电解质的用量为80-120μl，优选为100μl。
21、优选的，所述的石墨类碳材料正极为天然石墨、中间相碳微球、人造石墨和膨胀石墨中的一种或多种，进一步地，优选为天然石墨。
22、优选的，电池正极由80％～90％石墨类材料、1％-20％的导电碳黑和1％-10％的聚偏氟乙烯(pvdf)组成，溶于一定量的n-甲基吡咯烷酮(nmp)搅拌10-12h，随后涂覆于铝箔之上，在真空干燥箱干燥20-30min出去表面溶剂，最后转移至真空干燥箱内80℃～100℃温度下干燥10-12h，随后利用冲片机切割成小圆片，放入手套箱。
23、优选的，电池负极由60％～80％铁氰化锰衍生碳负极、10％-30％的导电碳黑和1％-10％的聚偏氟乙烯(pvdf)组成，溶于一定量的n-甲基吡咯烷酮(nmp)搅拌10-12h，随后涂覆于铜箔之上，在真空干燥箱干燥20-30min出去表面溶剂，最后转移至真空干燥箱内80℃～100℃温度下干燥10-12h，随后利用冲片机切割成小圆片，放入手套箱。
24、以上所述的锂基双离子电池在电动汽车、移动设备或储能装置中的应用。
25、与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
26、(1)本专利技术提供的高浓度电解液具有较好的流动性和较宽的电化学工作窗口，可在高电压条件下工作(可达5.5v)，还可以有效抑制传统有机溶剂发生的共嵌现象，保护了正负极的结构。
27、(2)本专利技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种适用于锂基双离子电池的高浓度电解液，其特征在于，包括溶剂、电解质锂盐以及功能性添加剂；所述溶剂采用有机溶剂与离子液体杂化溶剂体系；所述功能性添加剂由碳酸亚乙烯酯、亚硫酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯和苯砜中的两种或者多种组合而成；所述锂盐在杂化溶剂体系中的浓度为4.0～6.0mol L-1。
2.根据权利要求1所述的一种适用于锂基双离子电池的高浓度电解液，其特征在于，所述功能性添加剂由碳酸亚乙烯酯和氟代碳酸乙烯酯组合而成，所述碳酸亚乙烯酯和氟代碳酸乙烯酯的混合体积比例为1-5:1；所述功能性添加剂与电解液的体积比为1％-10％。
3.根据权利要求1所述的一种适用于锂基双离子电池的高浓度电解液，其特征在于，所述有机溶剂为碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和碳酸甲丙酯中的一种或多种；
4.根据权利要求1所述的一种适用于锂基双离子电池的高浓度电解液，其特征在于，所述有机溶剂为碳酸甲乙酯；所述离子液体为N-丁基-N-甲基吡咯烷双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐；所述锂盐为双三氟甲烷磺酰亚胺锂。
5.一种铁氰化锰衍生碳负极的制备
6.根据权利要求5所述的一种铁氰化锰衍生碳负极的制备方法，其特征在于，所述锰盐与铁氰化钾的摩尔比为1-2:1。
7.由权利要求5或6所述的制备方法制得的一种铁氰化锰衍生碳负极。
8.一种锂基双离子电池，其特征在于，包括石墨类碳材料正极、玻璃纤维隔膜、权利要求7所述的铁氰化锰衍生碳负极以及权利要求1-4任一项所述的电解液。
9.根据权利要求8所述的一种锂基双离子电池，其特征在于，所述的石墨类碳材料正极为天然石墨、中间相碳微球、人造石墨和膨胀石墨中的一种或多种。
10.根据权利要求8或9所述的锂基双离子电池在电动汽车、移动设备或储能装置中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种适用于锂基双离子电池的高浓度电解液，其特征在于，包括溶剂、电解质锂盐以及功能性添加剂；所述溶剂采用有机溶剂与离子液体杂化溶剂体系；所述功能性添加剂由碳酸亚乙烯酯、亚硫酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯和苯砜中的两种或者多种组合而成；所述锂盐在杂化溶剂体系中的浓度为4.0～6.0mol l-1。
2.根据权利要求1所述的一种适用于锂基双离子电池的高浓度电解液，其特征在于，所述功能性添加剂由碳酸亚乙烯酯和氟代碳酸乙烯酯组合而成，所述碳酸亚乙烯酯和氟代碳酸乙烯酯的混合体积比例为1-5:1；所述功能性添加剂与电解液的体积比为1％-10％。
3.根据权利要求1所述的一种适用于锂基双离子电池的高浓度电解液，其特征在于，所述有机溶剂为碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和碳酸甲丙酯中的一种或多种；
4.根据权利要求1所述的一种适用于锂基双离子电池的高浓度电解液，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：袁文辉，方耀兵，高学农，张正国，张凡，江宗彬，汪晓阳，
申请(专利权)人：华南理工大学珠海现代产业创新研究院，
类型：发明
国别省市：
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