【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及電解液，尤其涉及一種芳香族氟腈類電解液材料、電解液以及電池。
技術介紹
1、如何進一步提高鋰電池的能量密度、快充和長循環性能是當前人們的研究重點。具有高能量密度的正極材料(如三元、鎳錳酸鋰等)的充電電壓一般較高，而傳統的碳酸酯類電解液充電至4.3v以上，電解液易發生氧化分解，消耗電解液、增大界面電阻和電池產氣量，限制了正極材料的容量發揮和電池的快充、循環能力。此外，酯類電解液在正負極界面難以形成穩定的界面膜等缺陷，進一步抑制了電池的快充、循環性能。因此開發一類耐高壓、高離子電導、易形成優異界面膜的電解液十分必要。
2、有研究發現，脂肪族或芳香族腈類電解液具有耐高壓、不易燃、閃點高、液程寬、不易產氣、離子電導率高等優點，有望成為充電截止電壓更高電池體系的理想選擇。隨著深入研究發現，腈類電解液難以與電極材料形成優異的sei膜，難以與負極材料兼容，無法保障電池的長循環，而限制了腈類電解液的應用。
3、為此人們對腈類電解液進行了大量的改性，比如公開號為cn116632358a的專利文件公開的這樣一種含芳香烴基腈類化合物的電解液，包括電解質鋰鹽、有機溶劑和添加劑；其中，所述有機溶劑至少選自芳香烴基腈類化合物，所述添加劑包括氟代碳酸乙烯酯和二氟草酸硼酸鋰，所述添加劑占電解質鋰鹽和有機溶劑的總量1～20wt％；所述芳香烴基腈類化合物的結構式包括芳香烴、腈基、以及r1、r2、r3、r4、r5選自氫、烴基、含鹵烴基、鹵素中的至少一種。再比如公開號為cn117903001a的專利文件公開的這樣一類部分氟代腈類電
4、這些現有技術通過氟取代脂肪族或芳香族腈類上的氫原子，利用氟化物可以形成優異的sei膜的特性，來解決腈類不適配負極材料的問題。然而氟化可能會降低溶劑的溶劑化能力，導致離子在溶劑中的傳輸變得困難，使得離子與溶劑分子之間的相互作用減弱，從而降低了離子的遷移速率和離子電導率，影響電解液電性能。此外，單靠氟取代改善腈類電解液性能的能力有限。
技術實現思路
1、本專利技術要解決上述問題，提供一種與負極兼容性好、溶劑化能力佳、以能夠在長時間循環性能和離子電導率方面均具有較好表現的香族氟腈類電解液材料、電解液以及電池。
2、本專利技術解決問題的技術方案是，首先，提供一種芳香族氟腈類電解液材料，選自結構通式如下的化合物：
3、
4、其中，r1、r2、r3、r4、r5、r6中，至少有一個選自含醚基團，至少有一個選自含氟基團，至少有一個選自含腈基團，其余選自氫基、烷基、烯基中的至少一種。
5、本申請中，通過芳香烴及上取代的含醚基團、含氟基團、含腈基團共同改善電解液性能：
6、芳香烴結構片段可以通過提高電解液的溶劑化結構、降低電解液粘度，來提高電解液的離子電導率；含腈基團提供的腈基結構片段有效提高電解液的耐高壓、耐高溫、不易產氣、高離子電導率的性能；含氟基團提供的氟基結構片段可以形成優異的界面膜、降低界面電阻。而含醚基團提供的醚基結構片段可以提高電解質鹽的解離度及電解液與負極的兼容性，具體推測來說：在具有氟基結構片段和腈基結構片段的芳香烴上引入醚基結構片段，使得分子具有更強的極性；在與負極材料的兼容性方面，其較高電負性的氧原子可能能夠與負極材料表面發生偶極-偶極相互作用、或者與負極材料表面活性位點反應形成化學鍵，進一步增加材料與負極材料的相互作用和兼容性；在電解質鹽的解離度或者也可以說離子電導率方面，由于極性較強，可能更容易與電解質中的離子形成溶劑化殼層，有助于減少離子間的相互作用和碰撞，降低離子的遷移阻力，提高離子的溶解度和遷移率；其中氧原子還可能與氟原子形成分子內或分子間的氫鍵或其他相互作用力，有助于穩定電解液的微觀結構，減少離子的無序運動和能量損失，從而提高離子的遷移效率和電導率；此外還可能影響了電解液的粘度，有助于減少離子遷移時的阻力，以更適宜于離子的遷移。
7、含醚基團、含氟基團、含腈基團的選擇不受限制，只要能提供醚基結構片段、氟基結構片段、腈基結構片段即可。
8、作為本專利技術的優選，所述含氟基團選自氟基(-f)、含氟烷基(-cxhyfz)、含氟烯基(-cxhyfz)、含氟烷氧基(-ocxhyfz)、含氟烯氧基(-ocxhyfz)中的至少一種；
9、所述含腈基團選自腈基(-cn)、烷基腈(-cxhycn)、烯基腈(-cxhycn)、烷氧基腈(-ocxhycn)、烯氧基腈(-ocxhycn)中的至少一種；
10、所述含醚基團選自烷氧基(-ocxhy)、烯氧基(-ocxhy)、含氟烷氧基(-ocxhyfz)、含氟烯氧基(-ocxhyfz)、烷氧基腈(-ocxhycn)、烯氧基腈(-ocxhycn)中的至少一種。
11、其中，可以理解的是，含醚基團、含氟基團、含腈基團并不一定是三個不同的基團，比如含氟烷氧基和含氟烯氧基(-ocxhyfz)，都含有醚基結構片段和氟基結構片段，既屬于含氟基團、又屬于含醚基團，當r1、r2、r3、r4、r5、r6中有一個選用含氟烷氧基或含氟烯氧基時，可以認為此時其滿足了“至少有一個選自含氟基團，至少有一個選自含醚基團”。同理，烷氧基腈和烯氧基腈(-ocxhycn)，都含有醚基結構片段和腈基結構片段，既屬于含醚基團、又屬于含腈基團，當r1、r2、r3、r4、r5、r6中有一個選用烷氧基腈或烯氧基腈時，可以認為此時其滿足了“至少有一個選自含醚基團，至少有一個選自含腈基團”。
12、盡管含醚基團、含氟基團、含腈基團的選擇不受限制，但在選擇上進一步優化能夠進一步提高電解液材料的電性能。
13、含氟基團中，氟基可以在芳香環上、也可以在芳香環外的烷基或烷氧基上。在一些實施方式中，為了進一步減少氟基對溶劑化的不利影響，優選將氟基設置在芳香環外的烷基或烷氧基上，作為本專利技術的優選，所述含氟基團選自含氟烷基、含氟烯基、含氟烷氧基、含氟烯氧基中的至少一種。
14、還在一些實施方式中，為了進一步提高循環性能，作為本專利技術的優選，r1、r2、r3、r4、r5、r6中，至少有一個選自烷氧基腈、烯氧基腈(-ocxhycn)中的一種。即是說，選用同時含有醚基結構片段和腈基結構片段的基團，通過將醚基結構片段結合到腈基結構片段上，能夠進一步提高醚基對腈基與負極材料兼容的促使效果。
15、在這一實施方式下，r1、r2、r3、r4、r5、r6中，至少還有一個選自含氟基團。此時含氟基團可以是僅含有氟基結構片段的基團，也可以是含有氟基結構片段和醚基結構片段的基團，優選為含有氟基結構片段和醚基結構片段的基團。具體來說：r1、r2、r3、r4、r5、r6中，至少還有一個選自含氟烷氧基、含氟烯氧基(-ocxhyfz)中的一種。
16、所述烷氧基腈或烯本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種芳香族氟腈類電解液材料，其特征在于：選自結構通式如下的化合物：
2.根據權利要求1所述的一種芳香族氟腈類電解液材料，其特征在于：
3.根據權利要求2所述的一種芳香族氟腈類電解液材料，其特征在于：R1、R2、R3、R4、R5、R6中，至少有一個選自烷氧基腈、烯氧基腈中的一種。
4.根據權利要求3所述的一種芳香族氟腈類電解液材料，其特征在于：所述烷氧基腈或烯氧基腈、為所述含氟基團的鄰位或對位。
5.根據權利要求2或3所述的一種芳香族氟腈類電解液材料，其特征在于：R1、R2、R3、R4、R5、R6中，至少有一個選自含氟烷氧基、含氟烯氧基中的一種。
6.根據權利要求2所述的一種芳香族氟腈類電解液材料，其特征在于：所述含氟基團選自含氟烷基、含氟烯基、含氟烷氧基、含氟烯氧基中的至少一種。
7.根據權利要求1所述的一種芳香族氟腈類電解液材料，其特征在于：所述含氟基團中，至少包括兩個氟取代基。
8.一種電解液，包括電解質鹽和溶劑，其特征在于：所述溶劑包括如權利要求1～7任意一項所述的芳香族氟腈類電解液材料
9.根據權利要求8所述的一種電解液，其特征在于：所述電解質鹽與所述芳香族氟腈類電解液材料的用量比為0.1～3mol/L。
10.一種電池，其特征在于：包括如權利要求8～9中任意一項所述的電解液。
...【技術特征摘要】
1.一種芳香族氟腈類電解液材料，其特征在于：選自結構通式如下的化合物：
2.根據權利要求1所述的一種芳香族氟腈類電解液材料，其特征在于：
3.根據權利要求2所述的一種芳香族氟腈類電解液材料，其特征在于：r1、r2、r3、r4、r5、r6中，至少有一個選自烷氧基腈、烯氧基腈中的一種。
4.根據權利要求3所述的一種芳香族氟腈類電解液材料，其特征在于：所述烷氧基腈或烯氧基腈、為所述含氟基團的鄰位或對位。
5.根據權利要求2或3所述的一種芳香族氟腈類電解液材料，其特征在于：r1、r2、r3、r4、r5、r6中，至少有一個選自含氟烷氧基、含氟烯氧基中的一種。
【專利技術屬性】
技術研發人員：楊亦灣，
申請(專利權)人：孝感楚能新能源創新科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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