一种高比容量高倍率性能的锂-氟化碳电池电解液

本发明属于锂电池材料，特别是涉及一种高比容量高倍率性能的锂-氟化碳电池电解液。

背景技术：

1、在锂离子电池占据巨大的储能市场的今天，锂一次电池作为一种高性能的化学能源，因其具有放电平台高、比能量高、工作温度宽等一系列特点，在电池领域备受关注。以金属锂作为负极的锂一次电池的种类繁多，主要包括锂-二氧化硫电池，锂-二氧化锰电池和锂-氟化碳电池等，其中锂-氟化碳电池具有最高的理论比容量和比能量(当cfx中x＝1.0时分别为860mah/g和2180wh/kg)，是最先商品化的一种锂原电池，其开路电压一般为其开路电压为3.0～3.2v，工作电压为2.4～2.8v，具有极大的应用前景，然而锂-氟化碳电池进行大规模应用受限的主要原因是其倍率性能较差。这与cfx正极材料的低导电性和缓慢的电池反应动力学有关，以往的科研工作主要集中在cfx正极材料的修饰，以得到较好的倍率能力，得到的提高较为有限。如今，在电解液方面的研究取得了很大的突破和进展，可以通过电解液组分设计修饰和添加剂等手段，有效提高锂-氟化碳电池在各种环境下的放电性能。目前在商用锂-氟化碳电池中使用的电解液主要为碳酸丙烯酯(pc)和1,2-二甲氧基乙烷(dme)混合液。也可使用碳酸亚乙酯(ec)、碳酸甲乙酯(emc)、碳酸二甲酯(dmc)、碳酸二乙酯(dec)等作为锂-氟化碳电池的电解液溶剂。然而使用这类电解液在容量和倍率性能上问题突出，因此，开发基于氟化碳体系的高比容量高倍率性能的电解液是目前研究的热点。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提供一种高比容量高倍率性能的锂-氟化碳电池电解液，以解决现有的锂氟化碳电池电解液技术存在的问题。利用氟腈类化合物作为氟化碳电池的电解液溶剂，由于其与li+的结合能较小，有利于li+从溶剂化结构中脱溶，从而加快li+在氟化碳层间的插层动力学。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明提供一种高比容量高倍率性能的锂-氟化碳电池电解液，所述锂-氟化碳电池电解液包括氟代腈类化合物、共溶剂和锂盐。

4、进一步地，所述氟代腈类溶剂为3-(2,2,2-一氟乙氧基)丙腈(f1eon)、3-(2,2,2-二氟乙氧基)丙腈(f2eon)、3-(2,2,2-三氟乙氧基)丙腈(f3eon)、3-(2,2,3,3-四氟丙氧基)丙腈(f4eon)、3-(2,2,3,3,3-五氟丙氧基)丙腈(f5eon)、3-(2,2,3,3,4,4,5,5-八氟戊氧基)丙腈(opon)。

5、进一步地，所述共溶剂为1,2-二甲氧基乙烷(dme)、碳酸丙烯酯(pc)、1,2二甲氧基丙烷(dmp)、碳酸乙烯酯(ec)/碳酸二乙酯(dec)中的一种或几种；优选地，所述共溶剂为1,2-二甲氧基乙烷(dme)。

6、进一步地，所述锂盐为四氟硼酸锂(libf4)、六氟磷酸锂(lipf6)、三氟甲基磺酸锂(lifsi)和双三氟甲基磺酰亚胺锂(litfsi)中的一种或几种；优选地，所述锂盐为四氟硼酸锂(libf4)。

7、进一步地，所述氟代腈类化合物作为共溶剂时的体积比要求范围为10％～90％；优选地，所述氟代腈类化合物作为共溶剂时的体积为50％。

8、进一步地，所述锂盐浓度为0.5～2.0m；优选地，所述锂盐浓度为1.0m。

9、进一步地，所述氟化碳电池包括正极片和负极片、电解液、隔膜；所述正极片由氟化碳材料制备，负极为锂片，间隔于正极片和负极片之间的隔膜是celgard2500薄膜。

10、本发明所具有的优点和积极效果：

11、本发明通过设计一种具有含氟腈类化合物的电解液，相比较于传统的商用libf4/pc-dme电解液，氟代腈类分子的最小静电势比pc分子更大，与li+的相互作用更弱，其与li+的结合能较小，这有利于li+从溶剂化结构中脱溶，加快li+在氟化碳层间的插层动力学，能够有效提高锂氟化碳电池的放电比容量，在高倍率的情况下同样能够明显提高电池的放电性能，提供了一种新型的锂-氟化碳电池电解液的设计思路。

技术特征：

1.一种高比容量高倍率性能的锂-氟化碳电池电解液，其特征在于，所述锂-氟化碳电池电解液包括氟代腈类化合物、共溶剂和锂盐。

2.根据权利要求1所述的高比容量高倍率性能的锂-氟化碳电池电解液，其特征在于，所述氟代腈类溶剂要求为3-(2,2,2-一氟乙氧基)丙腈(f1eon)、3-(2,2,2-二氟乙氧基)丙腈(f2eon)、3-(2,2,2-三氟乙氧基)丙腈(f3eon)、3-(2,2,3,3-四氟丙氧基)丙腈(f4eon)、3-(2,2,3,3,3-五氟丙氧基)丙腈(f5eon)、3-(2,2,3,3,4,4,5,5-八氟戊氧基)丙腈(opon)。

3.根据权利要求1所述的高比容量高倍率性能的锂-氟化碳电池电解液，其特征在于，所述共溶剂为1,2-二甲氧基乙烷(dme)、碳酸丙烯酯(pc)、1,2二甲氧基丙烷(dmp)、碳酸乙烯酯(ec)/碳酸二乙酯(dec)中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的高比容量高倍率性能的锂-氟化碳电池电解液，其特征在于，所述锂盐为四氟硼酸锂(libf4)、六氟磷酸锂(lipf6)、三氟甲基磺酸锂(lifsi)和双三氟甲基磺酰亚胺锂(litfsi)中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的高比容量高倍率性能的锂-氟化碳电池电解液，其特征在于，所述氟代腈类化合物作为共溶剂时的体积比要求范围为10％～90％。

6.根据权利要求1所述的高比容量高倍率性能的锂-氟化碳电池电解液，其特征在于，所述锂盐浓度为0.5～2.0m。

技术总结
本发明公开了一种高比容量高倍率性能的锂‑氟化碳电池电解液，属于锂电池材料技术领域，通过将导电锂盐溶于含氟腈类化合物和共溶剂1,2‑二甲氧基乙烷中。本发明中的含氟腈类化合物能够有效提高锂‑氟化碳电池的放电比容量和能量密度，高达826.03mAh/g和1991Wh/kg。同时，在1000mA/g的高倍率下，锂‑氟化碳电池的放电比容量和能量密度分别达到了735.20mAh/g和1565Wh/kg。这可能是由于当含氟腈类化合物作为溶剂时，其与电解液中的Li<supgt;+</supgt;结合能较小，有利于Li<supgt;+</supgt;从溶剂化结构中脱溶，加快了Li<supgt;+</supgt;在氟化碳层间的插层动力学。本发明为设计新型锂‑氟化碳电池电解液提供了新的方向和思路。

技术研发人员：汪靖伦,卢俊杰
受保护的技术使用者：湖南科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13