一种电解液及锂金属电池的制作方法

本申请属于电池材料，具体涉及一种电解液及锂金属电池。

背景技术：

1、随着便携式电子产品、新能源汽车及智能电网的快速发展，人们对高性能电化学储存器件的要求越来越高。其中，锂硫电池因为理论比容量高达2600wh/kg、硫成本低廉等优点而成为研究热点。硫化聚丙烯腈作为一种非溶解性机制的含硫正极材料，是近年来改性正极材料的重点研究对象，其具有如下优势：热稳定性和电化学稳定性较强、固硫作用理想、lumo值较低、自放电率极低并且库伦效率高达100％。

2、硫化聚丙烯腈电池中的电解液大多为碳酸酯类电解液，目前常用的商用碳酸酯类溶剂按结构可以分为环状碳酸酯和链状碳酸酯，环状碳酸酯介电常数高、离子电导率高，但是环状碳酸酯中的羰基(c＝o)常常导致溶剂分解，形成溶剂诱导的sei层，这种sei层表现出化学非均质性，有机成分居多，在锂电池充放电循环中常伴有sei层的破裂和溶解，失去保护锂金属的作用，并进一步消耗更多的电解质和锂，从而导致库仑效率变低，最终电池失效。

3、如何改进碳酸酯类电解液，减少溶剂分解的情况，提高sei层的质量，是目前需要解决的问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种电解液及锂金属电池。旨在解决现有锂金属电池的电解液中溶剂容易分解导致电池的电性能不理想的问题。

2、一方面，本申请实施例提供一种电解液，包括锂盐、添加剂和有机溶剂，其中，所述添加剂为含有-n＝c＝s基团的化合物，所述有机溶剂为环状碳酸酯。

3、在一些实施例中，所述锂盐在所述有机溶剂中的摩尔含量为0.5～4mol/l；且

4、所述添加剂在所述电解液中的质量百分比为0.1～5％。

5、在一些实施例中，所述添加剂包括硫代异氰酸苯酯、异硫氰酸甲酯、1-(1,3-二甲基-1h-吡唑-5-基)乙酮、异硫氰酸(2-氟苯)酯、邻甲苯异硫氰酸酯、4-(三氟甲基)异硫氰酸苯酯、3-(三氟甲基)异硫氰酸苯酯、3-吡啶基异硫氰酸酯、1-萘异硫氰酸酯、异硫氰酸乙酯、2-苯基乙基异硫代氰酸酯、十二(烷)酸苄酯苯基酯、2,3-二氢-1,4-苯并二氧-6-基异硫氰酸酯、4-氟苯基异硫氰酸酯、4-氰基苯基异硫氰酸酯、苯甲酰基异硫氰酸酯、3-(甲硫基)丙基异硫氰酸酯、1-异硫代氰酸十二烷酯、对苯二异硫氰酸酯、7-硫代异氰酸酯邻-2,1,3-苯并噻二唑、异硫氰基环丁烷、1,3-丙烷二异硫代氰酸酯、3,4-二氟苯异硫氰酸酯、5-异硫氰酸茚酯、异硫氰酸三苯基甲基酯、3-异硫氰基丙酸甲酯、2-(三氟甲基)苯基异硫代氰酸酯和2-三氟甲氧基苯基异硫氰酸酯中一种或几种的组合。

6、在一些实施例中，所述添加剂优选为3-吡啶基异硫氰酸酯、对苯二异硫氰酸酯、4-(三氟甲基)异硫氰酸苯酯、3-(三氟甲基)异硫氰酸苯酯、4-氟苯基异硫氰酸酯、异硫氰酸(2-氟苯)酯、2-(三氟甲基)苯基异硫代氰酸酯、3-(甲硫基)丙基异硫氰酸酯和2-苯基乙基异硫代氰酸酯中的一种或几种的组合。

7、在一些实施例中，所述锂盐包括双氟磺酰亚胺锂盐、双三氟甲基磺酰亚胺锂、双(九氟丁基磺酰基)亚胺锂、1,1,2,2,3,3-六氟丙烷-1,3-二磺酰亚胺锂、六氟磷酸锂、偏磷酸锂、二氟磷酸锂、磷酸钛锂、二氟草酸硼酸锂和二氟二草酸磷酸锂中的一种或几种的组合。

8、在一些实施例中，所述环状碳酸酯包括如下化合物中的一种或几种的组合：

9、

10、

11、在一些实施例中，所述电解液还包括含氟化合物。

12、在一些实施例中，所述含氟化合物与所述环状碳酸酯的摩尔比为0.5～6:0.1～5。

13、在一些实施例中，含氟化合物的摩尔量大于环状碳酸酯的摩尔量。

14、在一些实施例中，所述含氟化合物包括二氟甲基2,2,3,3-四氟丙基醚、七氟丙基1,2,2,2-四氟乙醚、2,2,3,3,3-五氟丙基-1,1,2,2-四氟乙酯、七氟烷、1,2-二溴五氟丙基-2,2,3,3-四氟丙醚、双-(1,2,2,2-四氟乙基)醚、1,1,2,3,3,3-五氟丙基二氟甲醚、1,1,2,3,3,3-五氟丙基-2,2,2-三氟乙醚、1h,1h,5h-八氟戊基-1,1,2,2-四氟乙基醚、氟苯、三氟、多氟、全氟、氟乙腈、双(2,2,2-三氟乙基)醚、地氟醚、氟苯乙砜、全氟环醚、全氟环醚、全氟聚醚酰氟、4-氟联苯醚、4-氟苯乙醚、2-氟二苯醚、1,1,2,2-四氟乙基苄醚、1,1,2,2-四氟乙基乙醚、1,2,2,2-四氟乙基甲醚、1,1,2,2-四氟乙基磺酸、1,2,2,2-四氟乙基二氟甲醚、1,2,2,2-四氟乙基三氟甲醚、双-(1,2,2,2-四氟乙基)醚、(1,1,2,2-四氟乙基)三氟环氧乙烷、1,1,2,2-四氟乙基2,2,3,3-四氟丙醚、1,1,2,2-四氟乙基2,2,2-三氟乙醚和1h,1h,5h-八氟戊基-1,1,2,2-四氟乙基醚中的一种或几种的组合。

15、另一方面，本申请实施例还提供一种锂金属电池，包括硫化聚丙烯腈正极、锂金属负极和电解液，所述电解液为上述任意实施例中所述的电解液。

16、本申请提供一种电解液，包括锂盐、添加剂和有机溶剂，其中，添加剂为含有-n＝c＝s基团的化合物，有机溶剂为环状碳酸酯。环状碳酸酯溶剂的耐温性较强，能够有效提高电解液的高温性能；同时，含有-n＝c＝s基团的化合物能够在锂金属表面自聚成膜，通过调节锂盐和以环状碳酸酯为代表的有机溶剂的界面化学行为，提高了sei层中lif的含量，降低了sei层中lixpofy中间产物和有机成分的含量，抑制后续环状碳酸酯的持续分解，从而提高电池的电性能和循环表现。本申请提供的电解液通过环状碳酸酯与添加剂的配合作用，能够提升电解液的高温表现与循环表现的综合性能。

技术特征：

1.一种电解液，其特征在于，包括锂盐、添加剂和有机溶剂，其中，所述添加剂为含有-n＝c＝s基团的化合物，所述有机溶剂为环状碳酸酯。

2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述锂盐在所述有机溶剂中的摩尔含量为0.5～4mol/l；且

3.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述添加剂包括硫代异氰酸苯酯、异硫氰酸甲酯、1-(1,3-二甲基-1h-吡唑-5-基)乙酮、异硫氰酸(2-氟苯)酯、邻甲苯异硫氰酸酯、4-(三氟甲基)异硫氰酸苯酯、3-(三氟甲基)异硫氰酸苯酯、3-吡啶基异硫氰酸酯、1-萘异硫氰酸酯、异硫氰酸乙酯、2-苯基乙基异硫代氰酸酯、十二(烷)酸苄酯苯基酯、2,3-二氢-1,4-苯并二氧-6-基异硫氰酸酯、4-氟苯基异硫氰酸酯、4-氰基苯基异硫氰酸酯、苯甲酰基异硫氰酸酯、3-(甲硫基)丙基异硫氰酸酯、1-异硫代氰酸十二烷酯、对苯二异硫氰酸酯、7-硫代异氰酸酯邻-2,1,3-苯并噻二唑、异硫氰基环丁烷、1,3-丙烷二异硫代氰酸酯、3,4-二氟苯异硫氰酸酯、5-异硫氰酸茚酯、异硫氰酸三苯基甲基酯、3-异硫氰基丙酸甲酯、2-(三氟甲基)苯基异硫代氰酸酯和2-三氟甲氧基苯基异硫氰酸酯中一种或几种的组合。

4.根据权利要求3所述的电解液，其特征在于，所述添加剂包括3-吡啶基异硫氰酸酯、对苯二异硫氰酸酯、4-(三氟甲基)异硫氰酸苯酯、3-(三氟甲基)异硫氰酸苯酯、4-氟苯基异硫氰酸酯、异硫氰酸(2-氟苯)酯、2-(三氟甲基)苯基异硫代氰酸酯、3-(甲硫基)丙基异硫氰酸酯和2-苯基乙基异硫代氰酸酯中的一种或几种的组合。

5.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述锂盐包括双氟磺酰亚胺锂盐、双三氟甲基磺酰亚胺锂、双(九氟丁基磺酰基)亚胺锂、1,1,2,2,3,3-六氟丙烷-1,3-二磺酰亚胺锂、六氟磷酸锂、偏磷酸锂、二氟磷酸锂、磷酸钛锂、二氟草酸硼酸锂和二氟二草酸磷酸锂中的一种或几种的组合。

6.根据权利要求1所述的电解液,其特征在于,所述环状碳酸酯包括如下化合物中的一种或几种的组合：

7.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，还包括含氟化合物。

8.根据权利要求7所述的电解液，其特征在于，所述含氟化合物与所述环状碳酸酯的摩尔比为0.5～6:0.1～5。

9.根据权利要求7所述的电解液，其特征在于，所述含氟化合物包括二氟甲基2,2,3,3-四氟丙基醚、七氟丙基1,2,2,2-四氟乙醚、2,2,3,3,3-五氟丙基-1,1,2,2-四氟乙酯、七氟烷、1,2-二溴五氟丙基-2,2,3,3-四氟丙醚、双-(1,2,2,2-四氟乙基)醚、1,1,2,3,3,3-五氟丙基二氟甲醚、1,1,2,3,3,3-五氟丙基-2,2,2-三氟乙醚、1h,1h,5h-八氟戊基-1,1,2,2-四氟乙基醚、氟苯、三氟、多氟、全氟、氟乙腈、双(2,2,2-三氟乙基)醚、地氟醚、氟苯乙砜、全氟环醚、全氟环醚、全氟聚醚酰氟、4-氟联苯醚、4-氟苯乙醚、2-氟二苯醚、1,1,2,2-四氟乙基苄醚、1,1,2,2-四氟乙基乙醚、1,2,2,2-四氟乙基甲醚、1,1,2,2-四氟乙基磺酸、1,2,2,2-四氟乙基二氟甲醚、1,2,2,2-四氟乙基三氟甲醚、双-(1,2,2,2-四氟乙基)醚、(1,1,2,2-四氟乙基)三氟环氧乙烷、1,1,2,2-四氟乙基2,2,3,3-四氟丙醚、1,1,2,2-四氟乙基2,2,2-三氟乙醚和1h,1h,5h-八氟戊基-1,1,2,2-四氟乙基醚中的一种或几种的组合。

10.一种锂金属电池，其特征在于，包括硫化聚丙烯腈正极、锂金属负极和电解液，所述电解液为权利要求1～9中任意一项所述的电解液。

技术总结本申请提供了一种电解液及锂金属电池。电解液包括锂盐、添加剂和有机溶剂，其中，添加剂为含有‑N＝C＝S基团的化合物，有机溶剂为环状碳酸酯。环状碳酸酯溶剂的耐温性较强，能够有效提高电解液的高温性能；同时，含有‑N＝C＝S基团的化合物能够在锂金属表面自聚成膜，通过调节锂盐和以环状碳酸酯为代表的有机溶剂的界面化学行为，提高了SEI层中LiF的含量，降低了SEI层中LixPOFy中间产物和有机成分的含量，抑制后续环状碳酸酯的持续分解，从而提高电池的电性能和循环表现。本申请提供的电解液通过环状碳酸酯与添加剂的配合作用，能够提升电解液的高温表现与循环表现的综合性能。技术研发人员：朱甜,苗力孝,陶守宣,苏甜,师悦,张二勇受保护的技术使用者：蜂巢能源科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/10/10