【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本申請涉及鋰電池的，尤其是涉及一種高壓穩(wěn)定電解液及鋰電池。
技術(shù)介紹
1、隨著科技的快速發(fā)展，鋰電池作為高性能的二次電池被廣泛應(yīng)用于電動汽車、電子設(shè)備等領(lǐng)域。然而，現(xiàn)有的鋰電池在高電壓環(huán)境下工作時，其電解液的穩(wěn)定性往往受到影響，導(dǎo)致電池性能下降，甚至存在安全隱患。因此，開發(fā)一種高壓穩(wěn)定的電解液成為當(dāng)前鋰電池
的研究熱點(diǎn)。
2、目前，市場上的電解液主要由有機(jī)溶劑、鋰鹽和添加劑組成。這些電解液雖然在一定程度上滿足了鋰電池的使用需求，但在高電壓環(huán)境下，其穩(wěn)定性仍有待提高。
3、專利技術(shù)專利公布號cn118522940a公開了一種鋰金屬電池及其高電壓電解液。該高電壓電解液包括非水有機(jī)溶劑、鋰鹽和電解液添加劑；所述非水有機(jī)溶劑包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯中的任意兩種或三種，所述鋰鹽包括六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、高氯酸鋰、六氟砷酸鋰、雙草酸硼酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、雙氟磺酰亞胺鋰中的至少一種，所述電解液添加劑為鹵代苯二腈。該電解液可以在ncm811陰極表面獲得富含lif和-cn的高機(jī)械穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性cei以及富含lif、li2o和cn等無機(jī)成分的堅固sei層。有利的cei/sei層極大的減少了電解液的分解和電極的退化，能夠有效的提高鋰金屬電池高壓循環(huán)穩(wěn)定性。但在長時間高壓循環(huán)后，包含lif、li2o和cn等無機(jī)成分的sei膜和sei膜穩(wěn)定性都會有一定下降，導(dǎo)致該電解液制備的電池在高壓下的長期穩(wěn)定性不佳。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了解決電
2、第一方面，本申請?zhí)峁┑囊环N高壓穩(wěn)定電解液采用如下的技術(shù)方案：
3、一種高壓穩(wěn)定電解液包括：有機(jī)溶劑、鋰鹽和添加劑，所述有機(jī)溶劑包括硫酸酯改性甲苯磺酰和碳酸酯類化合物；所述添加劑包括3-溴呋喃和稀釋劑；
4、所述硫酸酯改性甲苯磺酰的制備過程具體如下：
5、制備羥基甲苯砜；
6、在氫氧化鈉的甲醇溶液中加入三氧化硫三甲胺絡(luò)合物和吡啶，攪拌至溶解，再加入羥基甲苯砜，并分散均勻，加熱混合物，并使用回流裝置回流氣態(tài)蒸發(fā)物，反應(yīng)7-8h，反應(yīng)完成后冷卻到室溫，過濾出反應(yīng)產(chǎn)物后，調(diào)節(jié)酸堿度至中性，并在水洗、干燥后，得到硫酸酯改性甲苯磺酰。
7、通過采用上述技術(shù)方案，在電池初次充電時，負(fù)極材料和電解液發(fā)生反應(yīng)，在負(fù)極材料的表面形成sei膜，通過sei膜電極能夠和電解質(zhì)隔離的同時，使鋰離子能夠穿過自由的進(jìn)入和脫出，從而維持電池的正常運(yùn)行。作為有機(jī)溶劑的一部分的硫酸酯改性甲苯磺酰以及作為添加劑一部分的3-溴呋喃，相較于碳酸脂類化合物和稀釋劑，具有較佳的還原性，在負(fù)極與電極材料進(jìn)行反應(yīng)后，被優(yōu)先還原沉積在負(fù)極形成sei膜，從而使碳酸脂和稀釋劑能夠留在電解液溶劑中，保持溶劑離子傳導(dǎo)性，并且由硫酸酯改性甲苯磺酰為主體夾雜3-溴呋喃還原形成的sei膜，具有較佳的穩(wěn)定性，在長時間高壓的環(huán)境下，不會被溶解腐蝕，保持鋰離子的嵌入位點(diǎn)。而三氧化硫三甲胺絡(luò)合物能夠能夠在液態(tài)環(huán)境下引入三氧化硫，在吡啶的催化下，與羥基形成硫酸酯基，從而連接磺酰基和硫酸酯基，通過硫酸酯基和硫酸酯基的協(xié)同作用下，形成的sei膜能夠在高壓下保持鋰離子嵌入位點(diǎn)的穩(wěn)定，并且在3-溴呋喃的共同作用下能夠維持sei膜的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，能夠抵御電解液的侵蝕，長時間保持鋰電池的容量穩(wěn)定。
8、可選的，所述硫酸酯改性甲苯磺酰和碳酸酯類化合物的體積比為1：(1.5-3.5)；所述3-溴呋喃和的分子量比為1：(1-2)；所述有機(jī)溶劑、鋰鹽和添加劑的質(zhì)量比介于1：(1.2-2.8)：(0.05-0.25)。
9、通過采用上述技術(shù)方案，通過限定各組分的比例在合適的范圍內(nèi)，使電解液可以形成性質(zhì)優(yōu)異的鈍化膜的同時，能夠保障鋰離子在電解液中的正常傳導(dǎo)，保障鋰離子電池的正常運(yùn)作。
10、可選的，所述羥基甲苯砜和所述三氧化硫三甲胺絡(luò)合物的摩爾比介于1：(1.1-1.3)，所述羥基甲苯砜和所述吡啶的質(zhì)量比介于1：(0.03-0.18)。
11、通過采用上述技術(shù)方案，羥基甲苯砜的摩爾數(shù)較少，保障羥基都能被三氧化硫反應(yīng)形成硫酸酯基。而通過限定吡啶的用量，使反應(yīng)能夠以合適的速率進(jìn)行，保障產(chǎn)物的穩(wěn)定。
12、可選的，所述碳酸酯類化合物選自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯和碳酸亞乙烯酯中的一種或多種，所述鋰鹽選自六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、高氯酸鋰、六氟砷酸鋰、雙草酸硼酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、三氟甲基磺酰鋰、雙氟代磺酰亞胺鋰、雙草酸硼酸鋰、雙氟磺酰亞胺鋰、雙(三氟甲基磺酰)亞胺鋰中的一種或多種，所述稀釋劑選自氟苯、氟甲烷、氟乙烷、氟丙烷、氯甲烷、氯乙烷、氯丙烷、溴甲烷、溴乙烷和溴丙烷中的一種或多種。
13、通過采用上述技術(shù)方案，通過采用上述的碳酸酯類化合物、鋰鹽和稀釋劑，使電解液能夠穩(wěn)定起到傳輸鋰離子的性能，并且在高溫和低溫情況下，都能保持較佳的流動性以及傳輸性，保障鋰離子電池的正常運(yùn)行。
14、可選的，所述羥基甲苯砜的制備方法具體如下：
15、在水加入對甲苯亞磺酸鈉，得到第一溶液，在甲醇的混合物中加入炔烴，得到第二溶液，混合第一溶液和第二溶液，再加入鐵鹽催化劑，在35-90℃下，反應(yīng)12-18h，得到中間產(chǎn)物；在中間產(chǎn)物中加入氫化鋰鋁，保持?jǐn)嚢瑁⒕S持溫度25-35℃，反應(yīng)3-6h，再經(jīng)過濾、蒸餾、水洗后，得到羥基甲苯砜。
16、通過采用上述技術(shù)方案，通過對甲苯亞磺酸鈉和炔烴進(jìn)行反應(yīng)，生成砜基化合物，并且通過選擇性的氫化鋰鋁的加氫反應(yīng)，使羰基被還原為羥基，從而使砜基分別連接甲苯和帶有羥基的碳鏈，使砜基能夠通過羥基與三氧化硫三甲胺絡(luò)合物進(jìn)行反應(yīng)，從而連接上硫酸酯基。
17、可選的，所述炔烴和所述對甲苯亞磺酸鈉的摩爾比介于(1.1-1.3)：1，所述鐵鹽催化劑和所述炔烴的質(zhì)量比介于(0.05-0.25)：1。
18、通過采用上述技術(shù)方案，通過在反應(yīng)中加入過量的炔烴，使對甲苯亞磺酸鈉能夠被全部反應(yīng)，而剩余的炔烴在后續(xù)的處理中能夠隨蒸餾過濾一同排出體系。而鐵鹽催化劑相對炔烴的比例限制在合適的范圍內(nèi)，使對甲苯亞磺酸鈉和炔烴能夠穩(wěn)定反應(yīng)，避免副產(chǎn)物的生成。
19、可選的，所述鐵鹽催化劑選自三氯化鐵、三溴化鐵和氯化亞鐵中的一種，所述金屬催化劑選自鉑、鈀和鎳中的一種。
20、通過采用上述技術(shù)方案，鐵鹽催化劑用于催化對甲苯亞磺酸鈉和炔烴的反應(yīng)，雖然碳碳三鍵的活性較高，但亞磺酸基團(tuán)的活性較低，在無催化劑的環(huán)境下，兩者的反應(yīng)速率較慢，通過加入包括三氯化鐵、三溴化鐵和氯化亞鐵的鐵鹽催化劑，改變亞磺酸基團(tuán)狀態(tài)，提高反應(yīng)活性，使合成反應(yīng)能夠快速進(jìn)行。
21、可選的，所述炔烴選自乙炔、丙炔、丁炔、正戊炔和異戊炔中的一種或多種。
22、通過采用上述技術(shù)方案，炔烴用于在亞磺酸本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種高壓穩(wěn)定電解液，其特征在于，包括：有機(jī)溶劑、鋰鹽和添加劑，所述有機(jī)溶劑包括硫酸酯改性甲苯磺酰和碳酸酯類化合物；所述添加劑包括3-溴呋喃和稀釋劑；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓穩(wěn)定電解液，其特征在于，所述硫酸酯改性甲苯磺酰和碳酸酯類化合物的體積比為1：（1.5-3.5）；所述3-溴呋喃和稀釋劑的分子量比為1：（1-2）；所述有機(jī)溶劑、鋰鹽和添加劑的質(zhì)量比介于1：（0.4-0.6）：（0.05-0.25）。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓穩(wěn)定電解液，其特征在于，所述羥基甲苯砜和所述三氧化硫三甲胺絡(luò)合物的質(zhì)量比介于1：（0.31-0.45），所述羥基甲苯砜和所述吡啶的質(zhì)量比介于1：（0.03-0.18）。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓穩(wěn)定電解液，其特征在于，所述碳酸酯類化合物選自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯和碳酸亞乙烯酯中的一種或多種，所述鋰鹽選自六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、高氯酸鋰、六氟砷酸鋰、雙草酸硼酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、三氟甲基磺酰鋰、雙氟代磺酰亞胺鋰、雙草酸
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓穩(wěn)定電解液，其特征在于，所述羥基甲苯砜的制備方法具體如下：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓穩(wěn)定電解液，其特征在于，所述炔烴和所述對甲苯亞磺酸鈉的摩爾比介于（1.1-1.3）：1，所述鐵鹽催化劑和所述炔烴的質(zhì)量比介于（0.05-0.25）：1。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓穩(wěn)定電解液，其特征在于，所述鐵鹽催化劑選自三氯化鐵、三溴化鐵和氯化亞鐵中的一種，所述金屬催化劑選自鉑、鈀和鎳中的一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓穩(wěn)定電解液，其特征在于，所述炔烴選自乙炔、丙炔、丁炔、正戊炔和異戊炔中的一種或多種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓穩(wěn)定電解液，其特征在于，所述高壓穩(wěn)定電解液的制備方法具體如下：
10.一種鋰電池，其特征在于，采用如權(quán)利要求1-9任一項所述的高壓穩(wěn)定電解液。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種高壓穩(wěn)定電解液，其特征在于，包括：有機(jī)溶劑、鋰鹽和添加劑，所述有機(jī)溶劑包括硫酸酯改性甲苯磺酰和碳酸酯類化合物；所述添加劑包括3-溴呋喃和稀釋劑；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓穩(wěn)定電解液，其特征在于，所述硫酸酯改性甲苯磺酰和碳酸酯類化合物的體積比為1：（1.5-3.5）；所述3-溴呋喃和稀釋劑的分子量比為1：（1-2）；所述有機(jī)溶劑、鋰鹽和添加劑的質(zhì)量比介于1：（0.4-0.6）：（0.05-0.25）。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓穩(wěn)定電解液，其特征在于，所述羥基甲苯砜和所述三氧化硫三甲胺絡(luò)合物的質(zhì)量比介于1：（0.31-0.45），所述羥基甲苯砜和所述吡啶的質(zhì)量比介于1：（0.03-0.18）。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓穩(wěn)定電解液，其特征在于，所述碳酸酯類化合物選自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯和碳酸亞乙烯酯中的一種或多種，所述鋰鹽選自六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、高氯酸鋰、六氟砷酸鋰、雙草酸硼酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、三氟甲基磺酰鋰、...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王鵬飛，
申請(專利權(quán))人：富基電子深圳有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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