单氟取代的醚类溶剂、含有其的电解液及其应用

本发明属于电解液，具体涉及一种单氟取代的醚类溶剂，以及含有该单氟取代的醚类溶剂的电解液，还涉及该电解液在锂金属电池中的应用。

背景技术：

1、锂金属电池由于具有较高的能量密度而成为储能领域的研究热点，其中，电解液作为锂金属电池的“血液”发挥着至关重要的作用。但是传统锂离子电池常用的碳酸酯电解液与锂金属负极不兼容，电解液与锂金属负极之间的界面副反应严重并伴随着锂枝晶生长，从而导致安全隐患以及循环寿命缩短等问题。在解决锂金属负极问题上，电解液调控策略具有易操作性和有效性，因而在推动锂金属电池发展方面具有举足轻重的地位。

2、氟代电解液是目前电解液研究的重要方向，对醚类或酯类分子进行氟化之后，一方面可提高电解液的氧化稳定性，另一方面由于氟化电解液较低的还原能力，其在循环过程中能够在电极表面形成富含lif的固体电解质界面膜(sei)，该界面膜可以有效抑制负极锂枝晶的形成，从而同时提升高电压正极的适配性和锂金属电池的循环稳定性。与酯类电解液相比，醚类电解液与锂金属有更好的相容性，且具有更低的熔点及较低的去溶剂化能，在低温下也能保持较好的性能。然而，普通醚类溶剂氧化稳定性差，无法应用于高压正极材料体系。为提高醚类电解液的氧化稳定性，将氟代基团引入醚骨架中，可提高溶剂分子的氧化稳定性。

3、现有的醚基电解液多为多氟取代，特别的一系列三氟和二氟取代的醚基电解质，由于其氟化取代基的强电子吸取效应，对高压正极具有高度稳定性。然而，根据经典的鲍林标度，由于氟原子具有很强的吸电子能力，氟化取代基可以在相邻的极性基团上转移局部电子并平均分享，因此多氟取代离子电导率较低，所有这些电解质的离子传导性在氟化后都大大降低，导致电池在高速率或低温条件下的性能下降。一方面，削弱了它们与锂盐的解离能力。另一方面，这些氟化基团本身通常与li+阳离子表现出微弱甚至没有配位作用，并进一步诱发大量的离子聚集和迟缓的离子传输。因此，需要设计出具有高离子传导性、金属锂循环性和氧化稳定性的氟化醚电解质，用于实际的锂金属电池中。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明有必要提供一种单氟取代的醚类溶剂，其具有高度溶解锂盐的能力和氧化稳定性，大大提高了负极界面膜sei的稳定性，快速充放电能力得到明显提升，进一步提升了在实际锂金属电池中的醚类电解液的应用。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明提供了一种单氟取代的醚类溶剂，其为具有如式ⅰ所示通式的单氟取代醚化合物：

4、

5、其中，r1、r2分别独立的选自甲基或苯基。

6、进一步方案，所述醚类溶剂为结构式如s1或s2所示的单氟取代醚类化合物：

7、

8、本发明进一步提供了一种电解液，其包括锂盐和溶剂，所述溶剂为前述的单氟取代的醚类溶剂。

9、进一步方案，所述锂盐选自双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双草酸硼酸锂中的至少一种。

10、进一步方案，所述锂盐的浓度在1-5mol·l-1之间。

11、进一步方案，所述电解液中还包括添加剂。

12、进一步方案，所述添加剂为氟代醚稀释剂。

13、进一步方案，所述氟代醚稀释剂选自1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,2-三氟乙基醚、1h,1h,5h-八氟酰胺-1,1,2,2-四氟乙基醚、双(2,2,2-三氟乙基)醚中的至少一种。

14、进一步方案，以电解液的质量为基准，所述添加剂的添加量为10wt％-40wt％。

15、本发明进一步提供了如前所述的电解液在锂离子电池中的应用。

16、进一步方案，所述锂离子电池为锂金属电池。

17、本发明进一步提供了一种锂金属电池，含有如前所述的电解液。

18、本发明的有益效果：

19、本发明中的单氟取代的醚类溶剂为单氟取代醚化合物，其结构新颖，结构中连接有甲基或者苯基，通过连接甲基或苯基使得结构中两个氧中间的碳上具有较少的活性位点，从而获得更高的稳定性；并且其与本领域中常规的锂盐复配形成的电解液具有较低的粘度，对金属锂负极具有较高的界面稳定性；同时，在低温条件下，此类醚类电解液具有更低的去溶剂化能，有助于提高电池的低温反应动力学和电池的低温循环性能。

20、本发明中的单氟取代醚化合物对锂盐的种类无特别要求，采用本领域中电解液常用锂盐均可实现电池低温性能的明显提升，适用范围广。

技术特征：

1.一种单氟取代的醚类溶剂，其特征在于，其为具有如式ⅰ所示通式的单氟取代醚化合物：

2.如权利要求1所述的单氟取代的醚类溶剂，其特征在于，所述醚类溶剂为结构式如s1或s2所示的单氟取代醚类化合物：

3.一种电解液，其特征在于，其包括锂盐和溶剂，所述溶剂为权利要求1或2所述的单氟取代的醚类溶剂。

4.如权利要求3所述的电解液，其特征在于，所述锂盐选自双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双草酸硼酸锂中的至少一种。

5.如权利要求3所述的电解液，其特征在于，所述锂盐的浓度在1-5mol·l-1之间。

6.如权利要求3所述的电解液，其特征在于，所述电解液中还包括添加剂；

7.如权利要求6所述的电解液，其特征在于，所述氟代醚稀释剂选自1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,2-三氟乙基醚、1h,1h,5h-八氟酰胺-1,1,2,2-四氟乙基醚、双(2,2,2-三氟乙基)醚中的至少一种。

8.如权利要求6所述的电解液，其特征在于，以电解液的质量为基准，所述添加剂的添加量为10wt％-40wt％。

9.如权利要求3-8任一项所述的电解液在锂离子电池中的应用；

10.一种锂金属电池，其特征在于，含有如权利要求3-8任一项所述的电解液。

技术总结
本发明公开了一种单氟取代的醚类溶剂、含有其的电解液及其应用，该单氟取代的醚类溶剂为具有如式Ⅰ所示通式的单氟取代醚化合物，其中，R<subgt;1</subgt;、R<subgt;2</subgt;分别独立的选自甲基或苯基。该单氟取代的醚类溶剂的结构新颖，结构中连接有甲基或者苯基，通过连接甲基或苯基使得结构中两个氧中间的碳上具有较少的活性位点，从而获得更高的稳定性；并且其与本领域中常规的锂盐复配形成的电解液具有较低的粘度，对金属锂负极具有较高的界面稳定性；同时，在低温条件下，此类醚类电解液具有更低的去溶剂化能，有助于提高电池的低温反应动力学和电池的低温循环性能。

技术研发人员：黄志梅,薛业娟
受保护的技术使用者：合肥工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25