一种高电压电池用电解液及其制备方法和用途与流程

本发明属于离子电池领域，具体涉及一种高电压电池用电解液及其制备方法和用途。

背景技术：

1、可充电式碱金属离子二次电池具有能量密度高、循环寿命长、环境友好等优势，因而逐渐在新能源汽车、规模储能和电子产品等领域发挥越来越重要的作用。然而，碱金属离子电池的电极材料的比容量已逐渐达到理论极限，能量密度的提升进入瓶颈阶段，亟待通过新的方案来解决。

2、目前，进一步提高碱金属离子二次电池的能量密度的策略中前景较好的包括：提高主流正极的截止电压、探索新型高容量和高压的正极材料以及采用si/si-c或锂金属代替石墨负极，其中，通过提高充电截止电压是最直接有效的手段。传统的酯基溶剂(ec)正极稳定性差、不耐高压，易产生o2/co2等气体。醚基电解液具有高离子电导率和低脱溶剂能，理论上在可充电式碱金属电池中有广阔的应用前景。然而，醚基电解液在石墨一侧极其容易发生共嵌行为，并且其耐高电压性能较差，因此在锂离子电池中的应用受到了极大的限制。环醚作为醚类的一员，由于空间位阻和电荷效应导致其脱溶剂能更低，进而可以有效地在石墨界面生成由阴离子分解主导且界面阻抗较小的sei膜而不发生共嵌行为，然而，环醚类电解液同样也存在着耐压性能差的缺点。因此，如何提高环醚类电解液的耐压性已成为迫在眉睫的难题。

3、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提出了一种氟化环醚化合物的高电压电池用电解液及其制备方法和用途。使用氟化环醚化合物作为高电压溶剂配成的电解液具有超过5.5v的宽电化学窗口，且与碱金属/石墨/si负极兼容性好，显著延长了高电压碱金属/离子电池的循环寿命，并且具有更高的安全性能。

2、为了达到上述效果，本发明采用的技术方案如下：

3、一种高电压电池用电解液，包含碱金属盐以及一种或多种氟化环醚化合物；所述氟化环醚化合物为如式ι～式ⅴ所示的化合物：

4、

5、其中，r为氢原子、氟原子或含氟烷基，且同一化合物结构中的r不同时为氢原子；

6、所述高电压电池是采用≥3.5v的高截止电压进行化成得到的电池。

7、作为一种示例，所述氟化环醚化合物选自如下结构所示的化合物：

8、

9、作为一种示例，所述碱金属盐包括mfsi、mtfsi、mpf6、motf、mbf4、mclo4、mbob或mdfob中的一种或多种组合，m表示选自li、na或k的金属元素。

10、作为一种示例，所述高电压电池用电解液中氟化环醚化合物的质量百分含量为75％～95％。

11、作为一种示例，以所述高电压电池用电解液为1l计，所述碱金属盐的摩尔数为1～7mol。

12、本发明还提供如上述内容任一项所述的高电压电池用电解液的制备方法，其包括如下步骤：

13、合成所述氟化环醚化合物；

14、在惰性氛围下，往上述合成得到的氟化环醚化合物中加入碱金属盐，搅拌至电解液完全澄清，即得。

15、作为一种示例，所述氟化环醚化合物的合成方法为：将与所述氟化环醚化合物相对应的羟基-环醚化合物与n,n-二乙基三氟化硫在氩气氛围、-75℃下搅拌1h，然后转移至室温反应23h。

16、可选的，羟基-环醚化合物与二乙胺基三氟化硫的摩尔比为1:2。

17、可选的，所述制备方法还使用了用于稀释羟基-环醚化合物的无水溶剂。

18、可选的，所述无水溶剂为二氯甲烷，将羟基-环醚化合物稀释为0.5mmol/ml。

19、本发明进一步提供一种高电压电池，其采用如上述内容任一项所述的高电压电池用电解液。

20、作为一种示例，所述高电压电池为碱金属或离子电池。

21、优选的，所述碱金属电池还包括正极、负极、隔膜和极耳。

22、更优选的，所述正极的活性物质包括磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、镍锰酸锂、镍钴锰三元材料、钠/钾离子层状氧化物、钠/钾离子聚阴离子化合物、钠/钾普鲁士蓝类化合物或钠/钾有机材料中的任意一种或两种的组合。

23、更优选的，所述负极的活性物质包括锂、钠、钾、碳基合金材料、硅基合金材料或硒基合金材料中的任意一种或两种的组合。

24、更优选的，所述隔膜包括玻璃纤维素膜、纤维素膜或多孔聚烯烃膜膜中的任意一种。

25、本发明还提供如上述内容所述的高电压电池在新能源汽车、规模储能或电子产品中的用途。

26、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

27、(1)本发明提供了一种包含氟化环醚化合物的高电压电池用电解液，该氟化环醚化合物用作碱金属/离子电池电解液的溶剂，有效改善了电解液的抗氧化性能。此外，本发明使用氟化环醚化合物配制成的电解液能够在正负极形成稳定的固态电解质界面钝化层，从而实现优异的循环稳定性。

28、(2)本发明将用于碱金属/离子电池的高电压电解液中的锂盐与氟化环醚化合物进行特定组合并且进一步优化了浓度和配比，能够与高压正极(如licoo2或lini0.8mn0.1co0.1o2)匹配从而使电池整体具有更高的能量密度，更适用于实际应用。

29、(3)本发明高电压电解液用于碱金属/离子电池，能够同时兼容碱金属和石墨负极，在碱金属/离子电池中的应用前景广阔。

技术特征：

1.一种高电压电池用电解液，包含碱金属盐以及一种或多种氟化环醚化合物；所述氟化环醚化合物为如式ι～式ⅴ所示的化合物：

2.根据权利要求1所述的高电压电池用电解液，其特征在于，所述氟化环醚化合物选自如下结构所示的化合物：

3.根据权利要求1所述的高电压电池用电解液，其特征在于，所述碱金属盐包括mfsi、mtfsi、mpf6、motf、mbf4、mclo4、mbob或mdfob中的一种或多种组合，m表示选自li、na或k的金属元素。

4.根据权利要求1所述的高电压电池用电解液，其特征在于，所述高电压电池用电解液中氟化环醚化合物的质量百分含量为75％～95％。

5.根据权利要求1所述的高电压电池用电解液，其特征在于，以所述高电压电池用电解液为1l计，所述碱金属盐的摩尔数为1～7mol。

6.如权利要求1-5任一项所述的高电压电池用电解液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的高电压电池用电解液的制备方法，其特征在于，所述氟化环醚化合物的合成方法为：将与所述氟化环醚化合物相对应的羟基-环醚化合物与n,n-二乙基三氟化硫在氩气氛围、-75℃下搅拌1h，然后转移至室温反应23h；

8.一种高电压电池，其特征在于，采用如权利要求1-5任一项所述的高电压电池用电解液。

9.根据权利要求8所述的高电压电池，其特征在于，所述高电压电池为碱金属或离子电池；

10.如权利要求8或9所述的高电压电池在新能源汽车、规模储能或电子产品中的用途。

技术总结
本发明属于金属/离子电池领域，具体涉及一种高电压电池用电解液，其包含碱金属盐以及一种或多种氟化环醚化合物；所述氟化环醚化合物为如式|～式Ⅴ所示的化合物，其中R为氢原子、氟原子或含氟烷基，且同一化合物结构中的R不同时为氢原子；所述高电压电池是采用≥3.5V的高截止电压进行化成得到的电池。本发明的高电压电池用电解液具有超过5.5V的宽电化学窗口，且与碱金属/石墨/Si负极兼容性好，显著延长了高电压碱金属/离子电池的循环寿命，并且具有更高的安全性能。

技术研发人员：谭元忠,范修林,李龙,陈显辉,孙创超,胡梦茹
受保护的技术使用者：浙江新安化工集团股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17