醚类电解液及其在锂金属电池中的应用

1.本发明涉及锂金属电池技术领域，具体涉及一种醚类电解液及其锂金属电池中的应用。


背景技术：

2.锂金属电池的电化学性能很大程度上取决于新型电解液的性能。醚类电解液与锂金属展现出较好的兼容性，在锂金属电池中具有较大的应用潜力，其中，基于乙二醇二甲醚(dme)的电解液受到广泛关注。但是，现有基于乙二醇二甲醚的锂金属电解液在长循环过程中仍然无法避免锂枝晶的形成，面临库伦效率低、循环寿命短的挑战。


技术实现要素：

3.基于此，有必要提供一种新型醚类电解液及其在锂金属电池中的应用，能够提升库伦效率和循环性能。
4.本发明采用如下技术方案：
5.本发明提供一种醚类电解液，包括摩尔比为1：(1～5)：(1～4)：(1～10)的电解质锂盐、芳香烃基醚类化合物、线性醚类化合物和氟代芳香烃类化合物；
6.所述芳香烃基醚类化合物的结构式为：
[0007][0008]
其中，r1为含碳原子数为1～10的脂肪烃或者含碳原子数为1～10的卤素取代脂肪烃，r2、r3、r4、r5及r6中至少一个取代基为卤素。
[0009]
在其中一些实施例中，所述芳香烃基醚类化合物选自卤苯基醚，例如对氟苯甲醚、对氟苯乙醚、对氟苯丙醚、间氯苯甲醚等中的至少一种。
[0010]
在其中一些实施例中，所述氟代芳香烃类化合物的结构式为：
[0011][0012]
其中，r1、r2、r3、r4、r5及r6中至少一个取代基为f或者含f的取代基。
[0013]
优选地，所述氟代芳香烃类化合物选自氟苯、溴苯、对氟甲基苯中的至少一种。
[0014]
在其中一些实施例中，所述线性醚类化合物选自乙二醇二甲醚(dme)、二乙二醇二甲醚(degdme)中的至少一种。
[0015]
在其中一些实施例中，所述醚类电解液还包含占电解液总量1～10wt％的氟代碳
酸乙烯酯(fec)。
[0016]
在其中一些实施例中，所述电解质盐选自六氟磷酸锂、二氟磷酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、六氟磷酸锂、高氯酸锂、三氟甲基磺酸锂中的至少一种。
[0017]
优选地，电解质锂盐、芳香烃基醚类化合物、线性醚类化合物和氟代芳香烃类化合物的摩尔比为1：3：2：(1～5)，氟代碳酸乙烯酯占电解液总量2wt％。
[0018]
更优选地，电解质锂盐、芳香烃基醚类化合物溶剂，线性醚类化合物和氟代芳香烃类化合物的摩尔比为1：3：2：3，氟代碳酸乙烯酯占电解液总量2wt％。
[0019]
上述醚类电解液在制备锂金属电池中的应用。
[0020]
本发明还可以提供一种锂金属电池，其包含上述的醚类电解液。
[0021]
与现有技术相比，本发明的核心优势在于：
[0022]
与常规采用乙二醇二甲醚(dme)制备的醚类电解液相比，本发明主要采用电解质锂盐、芳香烃基醚类化合物、线性醚类化合物和氟代芳香烃制备醚类电解液，应用于锂金属电池时，整体上展现出良好循环性能。
附图说明
[0023]
图1为实施例1和对比例1的li/cu电池库伦效率对比图。
[0024]
图2为实施例1和对比例1的li/cu电池充放电曲线对比图。
具体实施方式
[0025]
本发明的技术构思在于提供一种新型醚类电解液，主要采用电解质锂盐、芳香烃基醚类化合物、线性醚类化合物和氟代芳香烃制备而成，应用于锂金属电池时，整体上展现出良好的循环性能。
[0026]
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明，以使本领域的技术人员更加清楚地理解本发明。以下各实施例，仅用于说明本发明，但不止用来限制本发明的范围。基于本发明中的具体实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的情况下，所获得的其他所有实施例，都属于本发明的保护范围。在本发明实施例中，若无特殊说明，所有原料组分均为本领域技术人员熟知的市售产品；在本发明实施例中，若未具体指明，所用的技术手段均为本领域技术人员所熟知的常规手段。
[0027]
实施例1
[0028]
本实施例提供一种醚类电解液，其制备方法为：
[0029]
在手套箱中，按照摩尔比为1:3:2:3的双氟磺酰亚胺锂(lifsi)、对氟苯甲醚、dme和氟苯，将lifsi溶解于对氟苯甲醚和dme中，在室温下搅拌均匀，再加入氟苯，再加入占电解液总重量2wt％的fec，分散均匀，即得。
[0030]
实施例2
[0031]
本实施例提供一种醚类电解液，其制备方法为：
[0032]
在手套箱中，按照摩尔比为1:3:2:3的lifsi、对氟苯甲醚、dme和氟苯，将lifsi溶解于对氟苯甲醚和dme中，在室温下搅拌均匀，再加入氟苯，再加入占电解液总重量8wt％的fec，分散均匀，即得。
[0033]
实施例3
[0034]
本实施例提供一种醚类电解液，其制备方法为：
[0035]
在手套箱中，按照摩尔比为1:3:4:3的lifsi、对氟苯乙醚、dme和溴苯，将lifsi溶解于对氟苯乙醚和dme中，在室温下搅拌均匀，再加入溴苯，再加入占电解液总重量2wt％的fec，分散均，即得。
[0036]
实施例4
[0037]
本实施例提供一种醚类电解液，其制备方法为：
[0038]
在手套箱中，按照摩尔比为1:5:2:2的lifsi、对氟苯丙醚、dme和对氟甲基苯，将lifsi溶解于对氟苯丙醚和dme中，在室温下搅拌均匀，再加入对氟甲基苯，再加入占电解液总重量2wt％的fec，分散均，即得。
[0039]
实施例5
[0040]
本实施例提供一种醚类电解液，其制备方法为：
[0041]
在手套箱中，按照摩尔比为1:5:2:2的六氟磷酸锂(lipf6)、对氟苯甲醚、degdme和氟苯，将六氟磷酸锂(lipf6)溶解于对氟苯甲醚和degdme中，在室温下搅拌均匀，再加入氟苯，再加入占电解液总重量5wt％的fec，分散均，即得。
[0042]
实施例6
[0043]
本实施例提供一种醚类电解液，其制备方法为：
[0044]
在手套箱中，按照摩尔比为1:5:3:2的二氟草酸硼酸锂(lidfob)、对氟苯甲醚、dme和溴苯，将二氟草酸硼酸锂(lidfob)溶解于对氟苯甲醚和dme中，在室温下搅拌均匀，再加入溴苯，再加入占电解液总重量10wt％的fec，分散均，即得。
[0045]
实施例7
[0046]
本实施例提供一种醚类电解液，其制备方法为：
[0047]
在手套箱中，按照摩尔比为1:1:3:2的lifsi、间氯苯甲醚、dme和对二氟苯，将lifsi溶解于间氯苯甲醚和dme中，在室温下搅拌均匀，再加入对二氟苯，再加入占电解液总重量2wt％的fec，分散均匀，即得。
[0048]
实施例8
[0049]
本实施例提供一种醚类电解液，其制备方法为：
[0050]
在手套箱中，按照摩尔比为1:5:3:10的lifsi、邻溴苯甲醚、dme和邻二氟苯，将lifsi溶解于邻溴苯甲醚和dme中，在室温下搅拌均匀，再加入邻二氟苯，再加入占电解液总重量2wt％的fec，分散均匀，即得。
[0051]
对比例1
[0052]
本对比例提供一种醚类电解液，其制备方法为：
[0053]
在手套箱中，按照摩尔比为1:2:3的lifsi、dme和氟苯，将lifsi溶解于dme中，在室温下搅拌均匀，加入氟苯，再加入占电解液总重量2wt％的氟代碳酸乙烯酯(fec)，分散均匀，即得。
[0054]
对比例2
[0055]
本对比例提供一种醚类电解液，其制备方法为：
[0056]
在手套箱中，按照摩尔比为1:2:3的lifsi、degdme和氟苯，将lifsi溶解于degdme中，在室温下搅拌均匀，加入氟苯，再加入占电解液总重量8wt％的氟代碳酸乙烯酯(fec)，
分散均匀，即得。
[0057]
对比例3
[0058]
本对比例提供一种醚类电解液，其制备方法为：
[0059]
在手套箱中，按照摩尔比为1:2的lifsi和dme，将lifsi溶解于dme中，在室温下搅拌均匀，再加入占电解液总重量2wt％的fec，分散均匀，即得。
[0060]
对比例4
[0061]
本实施例提供一种醚类电解液，其制备方法为：
[0062]
在手套箱中，按照摩尔比为1:3:2的lifsi、对氟苯甲醚和dme，将lifsi溶解于对氟苯甲醚和dme中，在室温下搅拌均匀，分散均匀，即得。
[0063]
对比例5
[0064]
本实施例提供一种醚类电解液，其制备方法为：
[0065]
在手套箱中，按照摩尔比1:5:5的lifsi、dme和ec，将lifsi溶解于dme和碳酸乙烯酯(ec中，在室温下搅拌均匀，加入占电解液总重量2wt％的fec，分散均匀，即得。
[0066]
分别对上述试验例制备的醚类电解液进行应用性能测试，测试方法步骤为：
[0067]
lifepo4电极片的制备：将正极材料lifepo4、导电剂与粘结剂聚偏氟乙烯按质量比8:1:1混合均匀并涂在铝箔上，然后将极片烘干并裁切得到电极片，称重并保存在充满氩气的手套箱中待用。
[0068]
lifepo4/li电池组装：整个电池组装过程中在水、氧气含量小于0.1ppm的惰性气体手套箱中进行。采用多层聚烯烃隔膜，采用本实施例制备的电解液，将金属锂片作为对电极与参比电极，将制作的lifepo4电极片作为正极，组装扣式lifepo4/li锂电池电池。
[0069]
li/cu电池的组装：整个电池组装过程中在水、氧气含量小于0.1ppm的惰性气体手套箱中进行。采用多层聚烯烃隔膜，采用本实施例制备的电解液，采用铜箔作为对电极，组成li/cu电池测试库伦效率。
[0070]
电池性能测试：将各试验例所得到的组装扣式lifepo4/li电池和li/cu电池在蓝电电池测试设备上进行恒流充放电测试，测试前搁置10h。其中，lifepo4/li电池测试中，定义175ma/hg为1c，采用恒流充放电，测试电压区间为2.8～3.7v，负极侧锂金属过量，所有电化学性能测试温度区间为25℃。li/cu电池库伦效率测试中，采用1mah/cm，1ma/cm的测试条件，充电截止电压为1v。
[0071]
测试结果统计见下表：
[0072][0073]
另外，实施例1和对比例1的li/cu电池库伦效率对比见图1，li/cu电池充放电曲线对比见图2。
[0074]
通过上述测试结果可以看出，与对比例1至5相比，实施例1至8制备的醚类电解液应用性能更优异。
[0075]
在此有必要指出的是，以上实施例仅限于对本发明的技术方案做进一步的阐述和说明，并不是对本发明的技术方案的进一步的限制，本发明的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种醚类电解液，其特征在于，包括摩尔比为1:(1～5):(1～4):(1～10)的电解质锂盐、芳香烃基醚类化合物、线性醚类化合物和氟代芳香烃类化合物；所述芳香烃基醚类化合物的结构式为：其中，r1为含碳原子数为1～10的脂肪烃或者含碳原子数为1～10的卤素取代脂肪烃，r2、r3、r4、r5及r6中至少一个取代基为卤素。2.根据权利要求1所述的醚类电解液，其特征在于，所述氟代芳香烃类化合物的结构式为：其中，r1、r2、r3、r4、r5及r6中至少一个取代基为f或者含f的取代基。3.根据权利要求1所述的醚类电解液，其特征在于，所述线性醚类化合物选自乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚中的至少一种。4.根据权利要求1至3任一项所述的醚类电解液，其特征在于，所述醚类电解液还包含占电解液总量1～10wt％的氟代碳酸乙烯酯。5.根据权利要求1至3任一项所述的醚类电解液，其特征在于，所述氟代芳香烃类化合物选自氟苯、溴苯、对氟甲基苯中的至少一种。6.根据权利要求1至3任一项所述的醚类电解液，其特征在于，所述电解质盐选自六氟磷酸锂、二氟磷酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、高氯酸锂、三氟甲基磺酸锂中的至少一种。7.根据权利要求1至3任一项所述的醚类电解液，其特征在于，电解质锂盐、芳香烃基醚类化合物、线性醚类化合物和氟代芳香烃类化合物的摩尔比为1：3：2：(1～5)，氟代碳酸乙烯酯占电解液总量2wt％。8.根据权利要求7所述的醚类电解液，其特征在于，电解质锂盐、芳香烃基醚类化合物溶剂，线性醚类化合物和氟代芳香烃类化合物的摩尔比为1：3：2：3，氟代碳酸乙烯酯占电解液总量2wt％。9.权利要求1至8任一项所述的醚类电解液在制备锂金属电池中的应用。10.一种锂金属电池，其特征在于，包含权利要求1至8任一项所述的醚类电解液。

技术总结
本发明提供一种新型醚类电解液及其在锂金属电池中的应用。本发明醚类电解液主要采用电解质锂盐、芳香烃基醚类化合物、线性醚类化合物和氟代芳香烃制备而成。与常规采用单一乙二醇二甲醚(DME)制备的醚类电解液相比，本发明醚类电解液应用于锂金属电池时，整体上展现出良好的循环性能。出良好的循环性能。出良好的循环性能。


技术研发人员：谢佳 覃明盛 曾子琪
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：2023.06.03
技术公布日：2023/8/23