CN117410568A - 一种宽温域的高电压锂电池电解液及其制备方法 - Google Patents
一种宽温域的高电压锂电池电解液及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117410568A CN117410568A CN202311120985.7A CN202311120985A CN117410568A CN 117410568 A CN117410568 A CN 117410568A CN 202311120985 A CN202311120985 A CN 202311120985A CN 117410568 A CN117410568 A CN 117410568A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- lithium
- lithium battery
- electrolyte
- sulfonyl
- battery electrolyte
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 title claims abstract description 95
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 57
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 40
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 14
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 28
- 125000000472 sulfonyl group Chemical group *S(*)(=O)=O 0.000 claims abstract description 24
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 claims abstract description 11
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 10
- -1 lithium hexafluorophosphate Chemical compound 0.000 claims description 9
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 claims description 6
- 125000001010 sulfinic acid amide group Chemical group 0.000 claims description 6
- 125000000565 sulfonamide group Chemical group 0.000 claims description 6
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 5
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 3
- 239000011368 organic material Substances 0.000 claims description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 150000001335 aliphatic alkanes Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 claims description 2
- 239000004210 ether based solvent Chemical class 0.000 claims description 2
- MHCFAGZWMAWTNR-UHFFFAOYSA-M lithium perchlorate Chemical compound [Li+].[O-]Cl(=O)(=O)=O MHCFAGZWMAWTNR-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- MCVFFRWZNYZUIJ-UHFFFAOYSA-M lithium;trifluoromethanesulfonate Chemical compound [Li+].[O-]S(=O)(=O)C(F)(F)F MCVFFRWZNYZUIJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 claims description 2
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 claims description 2
- 125000002924 primary amino group Chemical group [H]N([H])* 0.000 claims description 2
- QAZLUNIWYYOJPC-UHFFFAOYSA-M sulfenamide Chemical group [Cl-].COC1=C(C)C=[N+]2C3=NC4=CC=C(OC)C=C4N3SCC2=C1C QAZLUNIWYYOJPC-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 claims 3
- BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N Borate Chemical compound [O-]B([O-])[O-] BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 229910001486 lithium perchlorate Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910001496 lithium tetrafluoroborate Inorganic materials 0.000 claims 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 abstract description 7
- 229940124530 sulfonamide Drugs 0.000 abstract description 7
- 150000003456 sulfonamides Chemical class 0.000 abstract description 6
- 238000011161 development Methods 0.000 abstract description 4
- VDVLPSWVDYJFRW-UHFFFAOYSA-N lithium;bis(fluorosulfonyl)azanide Chemical class [Li+].FS(=O)(=O)[N-]S(F)(=O)=O VDVLPSWVDYJFRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N Triethylamine Chemical compound CCN(CC)CC ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 14
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 12
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 12
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 12
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 229910010941 LiFSI Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 11
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 11
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000005481 NMR spectroscopy Methods 0.000 description 10
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 10
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 10
- YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N Dichloromethane Chemical compound ClCCl YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 9
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 8
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 7
- 150000003457 sulfones Chemical class 0.000 description 7
- MHSLDASSAFCCDO-UHFFFAOYSA-N 1-(5-tert-butyl-2-methylpyrazol-3-yl)-3-(4-pyridin-4-yloxyphenyl)urea Chemical compound CN1N=C(C(C)(C)C)C=C1NC(=O)NC(C=C1)=CC=C1OC1=CC=NC=C1 MHSLDASSAFCCDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- ZJPPTKRSFKBZMD-UHFFFAOYSA-N [Li].FS(=N)F Chemical compound [Li].FS(=N)F ZJPPTKRSFKBZMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- SZUVGFMDDVSKSI-WIFOCOSTSA-N (1s,2s,3s,5r)-1-(carboxymethyl)-3,5-bis[(4-phenoxyphenyl)methyl-propylcarbamoyl]cyclopentane-1,2-dicarboxylic acid Chemical compound O=C([C@@H]1[C@@H]([C@](CC(O)=O)([C@H](C(=O)N(CCC)CC=2C=CC(OC=3C=CC=CC=3)=CC=2)C1)C(O)=O)C(O)=O)N(CCC)CC(C=C1)=CC=C1OC1=CC=CC=C1 SZUVGFMDDVSKSI-WIFOCOSTSA-N 0.000 description 5
- FMKGJQHNYMWDFJ-CVEARBPZSA-N 2-[[4-(2,2-difluoropropoxy)pyrimidin-5-yl]methylamino]-4-[[(1R,4S)-4-hydroxy-3,3-dimethylcyclohexyl]amino]pyrimidine-5-carbonitrile Chemical compound FC(COC1=NC=NC=C1CNC1=NC=C(C(=N1)N[C@H]1CC([C@H](CC1)O)(C)C)C#N)(C)F FMKGJQHNYMWDFJ-CVEARBPZSA-N 0.000 description 5
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 5
- 229940125904 compound 1 Drugs 0.000 description 5
- 229940126543 compound 14 Drugs 0.000 description 5
- 229940127113 compound 57 Drugs 0.000 description 5
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical class O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 5
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- ROSDSFDQCJNGOL-UHFFFAOYSA-N Dimethylamine Chemical compound CNC ROSDSFDQCJNGOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N Sodium Chemical compound [Na] KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000005457 ice water Substances 0.000 description 4
- GVWISOJSERXQBM-UHFFFAOYSA-N n-methylpropan-1-amine Chemical compound CCCNC GVWISOJSERXQBM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000002390 rotary evaporation Methods 0.000 description 4
- 229910000104 sodium hydride Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000012312 sodium hydride Substances 0.000 description 4
- FYSNRJHAOHDILO-UHFFFAOYSA-N thionyl chloride Chemical compound ClS(Cl)=O FYSNRJHAOHDILO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- KQZLRWGGWXJPOS-NLFPWZOASA-N 1-[(1R)-1-(2,4-dichlorophenyl)ethyl]-6-[(4S,5R)-4-[(2S)-2-(hydroxymethyl)pyrrolidin-1-yl]-5-methylcyclohexen-1-yl]pyrazolo[3,4-b]pyrazine-3-carbonitrile Chemical compound ClC1=C(C=CC(=C1)Cl)[C@@H](C)N1N=C(C=2C1=NC(=CN=2)C1=CC[C@@H]([C@@H](C1)C)N1[C@@H](CCC1)CO)C#N KQZLRWGGWXJPOS-NLFPWZOASA-N 0.000 description 3
- OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N Diethyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OCC OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- TWLNVQNCJFIEEU-UHFFFAOYSA-N [N].CC(C)=O Chemical compound [N].CC(C)=O TWLNVQNCJFIEEU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 229940125877 compound 31 Drugs 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000002808 molecular sieve Substances 0.000 description 3
- XGOZXWSUGWDOOI-UHFFFAOYSA-N n-ethyl-1,1,1-trifluoro-n-methylmethanesulfonamide Chemical compound CCN(C)S(=O)(=O)C(F)(F)F XGOZXWSUGWDOOI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000012074 organic phase Substances 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N sodium aluminosilicate Chemical compound [Na+].[Al+3].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- GRGCWBWNLSTIEN-UHFFFAOYSA-N trifluoromethanesulfonyl chloride Chemical compound FC(F)(F)S(Cl)(=O)=O GRGCWBWNLSTIEN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- SFUFXZBXYSTMIY-UHFFFAOYSA-N 1,1,1-trifluoro-N-methyl-N-propylmethanesulfonamide Chemical compound CCCN(C)S(=O)(=O)C(F)(F)F SFUFXZBXYSTMIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GNAAFHWEDFCXNS-UHFFFAOYSA-N 2,5-dimethyl-1,2,5-thiadiazolidine 1,1-dioxide Chemical compound CN1CCN(C)S1(=O)=O GNAAFHWEDFCXNS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QJWITPSBBNKLNZ-UHFFFAOYSA-N 2,5-dimethyl-1,2,5-thiadiazolidine 1-oxide Chemical compound CN1CCN(C)S1=O QJWITPSBBNKLNZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 150000001642 boronic acid derivatives Chemical class 0.000 description 2
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 2
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 2
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 description 2
- JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N ethyl methyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OC JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LIWAQLJGPBVORC-UHFFFAOYSA-N ethylmethylamine Chemical compound CCNC LIWAQLJGPBVORC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- DILRJUIACXKSQE-UHFFFAOYSA-N n',n'-dimethylethane-1,2-diamine Chemical compound CN(C)CCN DILRJUIACXKSQE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JFCHSQDLLFJHOA-UHFFFAOYSA-N n,n-dimethylsulfamoyl chloride Chemical compound CN(C)S(Cl)(=O)=O JFCHSQDLLFJHOA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 2
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 2
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 description 2
- DEUJSGDXBNTQMY-UHFFFAOYSA-N 1,2,2-trifluoroethanol Chemical compound OC(F)C(F)F DEUJSGDXBNTQMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QEIRJOMRXIJZMX-UHFFFAOYSA-N 2,2,2-trifluoroethyl n,n-dimethylsulfamate Chemical compound CN(C)S(=O)(=O)OCC(F)(F)F QEIRJOMRXIJZMX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910013870 LiPF 6 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001290 LiPF6 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 1
- RHQDFWAXVIIEBN-UHFFFAOYSA-N Trifluoroethanol Chemical compound OCC(F)(F)F RHQDFWAXVIIEBN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 150000005678 chain carbonates Chemical class 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- FACDQSXYMOELII-UHFFFAOYSA-N chlorosulfonyloxy(trifluoro)methane Chemical compound FC(F)(F)OS(Cl)(=O)=O FACDQSXYMOELII-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 1
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- HPNMFZURTQLUMO-UHFFFAOYSA-N diethylamine Chemical compound CCNCC HPNMFZURTQLUMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N dimethyl carbonate Chemical compound COC(=O)OC IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000000840 electrochemical analysis Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000016507 interphase Effects 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- QSZMZKBZAYQGRS-UHFFFAOYSA-N lithium;bis(trifluoromethylsulfonyl)azanide Chemical class [Li+].FC(F)(F)S(=O)(=O)[N-]S(=O)(=O)C(F)(F)F QSZMZKBZAYQGRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 150000005677 organic carbonates Chemical class 0.000 description 1
- AICOOMRHRUFYCM-ZRRPKQBOSA-N oxazine, 1 Chemical compound C([C@@H]1[C@H](C(C[C@]2(C)[C@@H]([C@H](C)N(C)C)[C@H](O)C[C@]21C)=O)CC1=CC2)C[C@H]1[C@@]1(C)[C@H]2N=C(C(C)C)OC1 AICOOMRHRUFYCM-ZRRPKQBOSA-N 0.000 description 1
- 230000033116 oxidation-reduction process Effects 0.000 description 1
- 238000006864 oxidative decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000011112 process operation Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 125000000475 sulfinyl group Chemical group [*:2]S([*:1])=O 0.000 description 1
- HXJUTPCZVOIRIF-UHFFFAOYSA-N sulfolane Chemical compound O=S1(=O)CCCC1 HXJUTPCZVOIRIF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000001174 sulfone group Chemical group 0.000 description 1
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 1
- 235000015112 vegetable and seed oil Nutrition 0.000 description 1
- 239000008158 vegetable oil Substances 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
- H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
- H01M10/0566—Liquid materials
- H01M10/0569—Liquid materials characterised by the solvents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C303/00—Preparation of esters or amides of sulfuric acids; Preparation of sulfonic acids or of their esters, halides, anhydrides or amides
- C07C303/36—Preparation of esters or amides of sulfuric acids; Preparation of sulfonic acids or of their esters, halides, anhydrides or amides of amides of sulfonic acids
- C07C303/38—Preparation of esters or amides of sulfuric acids; Preparation of sulfonic acids or of their esters, halides, anhydrides or amides of amides of sulfonic acids by reaction of ammonia or amines with sulfonic acids, or with esters, anhydrides, or halides thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C307/00—Amides of sulfuric acids, i.e. compounds having singly-bound oxygen atoms of sulfate groups replaced by nitrogen atoms, not being part of nitro or nitroso groups
- C07C307/02—Monoamides of sulfuric acids or esters thereof, e.g. sulfamic acids
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C313/00—Sulfinic acids; Sulfenic acids; Halides, esters or anhydrides thereof; Amides of sulfinic or sulfenic acids, i.e. compounds having singly-bound oxygen atoms of sulfinic or sulfenic groups replaced by nitrogen atoms, not being part of nitro or nitroso groups
- C07C313/02—Sulfinic acids; Derivatives thereof
- C07C313/06—Sulfinamides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
- C07D285/00—Heterocyclic compounds containing rings having nitrogen and sulfur atoms as the only ring hetero atoms, not provided for by groups C07D275/00 - C07D283/00
- C07D285/01—Five-membered rings
- C07D285/02—Thiadiazoles; Hydrogenated thiadiazoles
- C07D285/04—Thiadiazoles; Hydrogenated thiadiazoles not condensed with other rings
- C07D285/10—1,2,5-Thiadiazoles; Hydrogenated 1,2,5-thiadiazoles
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/4235—Safety or regulating additives or arrangements in electrodes, separators or electrolyte
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0025—Organic electrolyte
- H01M2300/0028—Organic electrolyte characterised by the solvent
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Primary Cells (AREA)
Abstract
本发明公开了一种宽温域的高电压锂电池电解液及其制备方法和应用，其制备原料包括：锂盐、基于磺酰基的化合物。本发明针对性地解决目前商用电解液低温性能差、耐高电压性差、与锂金属兼容性差等问题。即使在宽温域且高电压的条件下，所制得的磺酰胺电解液在Li||NCM811电池中依旧展现出极佳的倍率性能，特别是在低温环境下性能循环50圈容量保持率在97％以上，远优于商用电解液或其它已报道的电解液，有效地推动了高能量密度、宽温域下稳定运行的锂电池的发展。
Description
技术领域
本发明属于电池电解液的技术领域，具体涉及一种宽温域的高电压锂电池电解液及其制备方法和应用。
背景技术
自1991年锂离子电池商业化以来，在电子产品、电动汽车、军事航天以及电子通信等诸多领域得到广泛地应用。与石墨负极相比，锂金属负极具有极高理论比容量(3860mAhg-1)、较低的氧化还原电位(-3.04V vs.标准氢电极)等优点，有望成为锂电池中最具前景的负极材料。匹配高电压正极材料所组装的锂金属电池具有比商业锂离子电池更高的能量密度(高达500Wh kg-1)。然而，锂金属由于其高反应活性，容易与电解液发生一系列副反应。同时在电极表面上形成的固体电解质中间相(SEI)会导致电极表面局部电流密度不均，从而诱发形成锂枝晶。更为重要的是，锂枝晶的生长不仅会导致电池的库仑效率(CE)低、循环性能差、充放电容量低，甚至会引发短路带来严重的安全问题，上述问题严重限制了锂金属电池的发展与应用。
溶剂作为电解液最重要的组成成分，其闪点、熔点、沸点以及离子电导率等物化性质都会直接影响电池的工作电压窗口、循环稳定性(包括不同温度条件下)以及安全性能。目前，商用的有机碳酸酯类电解液主要以1M的六氟磷酸锂(LiPF6)溶解于碳酸乙烯酯(EC)和链状碳酸酯(如碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC))的混合溶剂中。然而，该类电解液存在着高电压易分解、高温性能差、低温不工作、闪点低以及易燃烧等问题。另外，虽然醚类电解液与锂金属负极兼容性较好，但是由于其抗氧化能力差，所以只能应用于低电压的锂金属电池。与碳酸酯类电解液和醚类电解液相比，砜类电解液常常应用于高电压锂离子电池，如四亚甲基砜的氧化分解电压可以达到5.5V(vs Li+/Li)。由于砜基(O＝S＝O)具有强吸电子效应，可以使砜类电解液具有优异的氧化稳定性。然而，砜类电解液与锂金属负极的兼容性较差，会不断消耗有限的锂金属，同时形成较高阻抗的SEI，使得砜类电解液依然未能得到有力地推广。因此，应对不同工况环境，设计满足复杂环境条件下使锂金属电池稳定运行的电解液显得十分迫切。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的之一在于，通过合理的分子设计合成一种适用于宽温域的高电压锂电池电解液，所述电解液为磺酰胺类电解液，从而获得一种适用于高/低温环境、耐高电压、高安全的电解液体系。
进一步地，所述宽温域的高电压锂电池电解液的制备原料包括：锂盐、基于磺酰基的化合物；
所述基于磺酰基的化合物的主结构基团选自如下基团中的一种：
(1)环状亚磺酰胺基团：
(2)环状磺酰胺基团：
(3)线性亚磺酰胺基团：
(4)线性磺酰胺基团：
进一步地，所述基于磺酰基的化合物的侧基基团选自如下任意一种或以下基团的任意组合：
进一步地，所述锂盐选自双氟磺酰亚胺锂盐、双三氟甲磺酰亚胺锂盐、二氟草酸硼酸锂盐、六氟磷酸锂盐、四氟硼酸锂盐、三氟甲磺酸锂盐、二草酸硼酸锂盐、高氯酸锂盐、六氟合砷酸锂盐中的一种或以上的任意比例组合。
进一步地，主结构基团为环状亚磺酰胺基团的基于磺酰基的化合物包括如下分子结构中的一种：
进一步地，主结构基团为环状磺酰胺基团的基于磺酰基的化合物包括如下分子结构中的一种：
进一步地，主结构基团为线性亚磺酰胺基团的基于磺酰基的化合物包括如下分子结构中的一种：
进一步地，主结构基团为线性磺酰胺基团的基于磺酰基的化合物包括如下分子结构的中一种：
本发明的另一个目的在于，提供所述宽温域的高电压锂电池电解液的制备方法，包括如下步骤：
S1.在无水无氧条件下，往容器中加入催化剂、有机溶剂和有机物原料，在冰浴条件下加入砜基原料，反应6-24h，得到化合物X；之后去除未反应的原料及副产物，得到基于磺酰基的化合物；
所述有机物原料选自胺基类、醇类有机物；
S2.对锂盐进行预处理，然后将锂盐溶于步骤S1制备的基于磺酰基的化合物中，得到产品。
进一步地，步骤S1中，所述砜基原料包括含砜基、亚硫酰基的化合物，可以选自但不限于以下物质：二氯亚砜、二氯化砜、三氟甲烷磺酰氯、二甲胺基磺酰氯、2,2,2-三氟乙酯氯硫酸、氯硫酸三氟甲酯、2,2,2-三氟乙基氯亚磺酸酯。
进一步地，步骤S1中，所述有机物原料选自但不限于以下物质：二甲胺、二乙胺、N-甲基乙基胺、N-甲基丙基胺、N,N-二甲基乙二胺、2,2,2-三氟乙醇。
进一步地，步骤S1中，所述有机溶剂选自卤代烷烃类、醚类溶剂。在本发明的一些实施例中，有机溶剂可以选自二氯甲烷、四氢呋喃。
进一步地，步骤S1中，所述催化剂选自但不限于以下物质：三乙胺、氢化钠。
进一步地，在进行步骤S2之前，还需要对锂盐进行预处理，方法为：将锂盐置于60-
150℃高温下真空干燥。
本发明的又一个目的在于，公开一种适用于宽温域且耐高电压的锂电池，所述锂电池由包括正极、负极、隔膜以及上述宽温域的高电压锂电池电解液组成，形成密闭的锂电池。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过合理的分子设计，得到一种适用于宽温域、耐高电压且与锂金属负极兼容性好的锂电池电解液，通过引入抗氧化性能好的砜基实现电解液在高压条件下能够稳定运行，并且设计引入含N和F元素的基团，形成富含氟化物和氮化物的SEI膜，克服砜类电解液的与锂金属负极兼容性差的缺点，从而获得一种适用于高/低温环境、耐高电压、高安全的电解液体系，针对性地解决目前商用电解液低温性能差、耐高电压性差、与锂金属兼容性差等问题。即使在宽温域且高电压的条件下，所制得的电解液在Li||NCM811电池中依旧展现出极佳的倍率性能，特别是在低温环境下性能(4.8V高电压低温(-20℃)循环50圈容量保持率在97％以上，远优于商用电解液或其它已报道的电解液，这有效地推动了高能量密度、宽温域下稳定运行的锂电池的发展。
(2)本发明的制备方法，工艺操作简单，适于工业化，通过合理的分子设计，获得一种适用于宽温域环境且具有耐高电压、高安全的电解液体系，所得电解液有助于推动高能量密度、宽温域下稳定运行的锂电池的发展及其在电动汽车等大型设备中的规模化应用。
附图说明
图1示出了实施例1中化合物61的核磁共振氢谱图；
图2示出了实施例2中化合物75的核磁共振氢谱图；
图3示出了实施例3中化合物1的核磁共振氢谱图；
图4示出了实施例4中化合物14的核磁共振氢谱图；
图5示出了实施例5中化合物57的核磁共振氢谱图；
图6(a)-(b)示出了-20℃条件下Li||NCM811电池在不同电解液中的电化学性能图；
图7(a)-(b)示出了25℃条件下Li||NCM811电池在不同电解液中的电化学性能图；
图8(a)-(b)示出了55℃条件下Li||NCM811电池在不同电解液中的电化学性能图；
图9示出了在25℃条件下Li||Cu电池在不同电解液中的电化学性能图；
上述图6(b)、图7(b)、图8(b)中的符号“△”“○”指代的是电池的库伦效率，符号“▲”“●”指代的是电池的比容量。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明，其目的在于帮助更好的理解本发明的内容，具体包括聚合物的合成和器件制备方法，但这些具体实施方案不以任何方式限制本发明的保护范围，实施例中所出现的原料、反应和后处理手段，除非特别声明，均为市面上常见原料。
本发明的实践可采用本领域技术内的聚合物化学的常规技术。在以下实施例中，努力确保所用数字(包括量、温度、反应时间等)的准确性，但应考虑一些实验误差和偏差。在以下实施例中所用的温度以“℃”表示，压力为大气压或接近大气压。所用溶剂为分析纯或色谱纯购买，并且所有的反应在氮气氛围中进行。除非另外指出，否则所有试剂都要商业获得的。
实施例1
一种宽温域高电压锂电池电解液及其制备方法：
化合物61的合成线路如下：
S1.制备磺酰胺类电解液溶剂化合物61。在无水无氧的250ml双颈圆底烧瓶中依次加入50ml二氯甲烷，7.8ml三乙胺，3.37g N-甲基乙基胺，在冰水浴氛围中冷却至0℃，在搅拌条件下逐滴加入8g三氟甲烷磺酰氯，室温反应12h。反应结束后用100ml 1M盐酸洗涤，收集有机相，再用饱和食盐水洗涤两次，随后用无水硫酸钠干燥，经过过滤、旋蒸、减压蒸馏得到N-乙基-N-甲基三氟甲磺酰胺(化合物61)。将制成的化合物61溶液放置在25℃、水含量及氧含量低于0.01ppm的手套箱中，分子筛干燥，除去水分；
图1为实施例1中化合物61的核磁共振氢谱图；
S2.将双氟磺酰亚胺锂盐在100℃下真空干燥过夜；在25℃，水含量及氧含量低于0.01ppm的手套箱中，称取187.07mg双氟磺酰亚胺锂盐溶于1ml N-乙基-N-甲基三氟甲磺酰胺溶液中搅拌过夜，使其充分溶解且混合均匀，制得浓度为1mol L-1的双氟磺酰亚胺锂/N-乙基-N-甲基三氟甲磺酰胺电解液(记为1M LiFSI in FEMS)。
实施例2
一种宽温域高电压锂电池电解液及其制备方法：
化合物75的合成线路如下：
S1.制备磺酰胺类电解液溶剂化合物75。在无水无氧的250ml双颈圆底烧瓶中依次加入50ml二氯甲烷，7.8ml三乙胺，4.18g N-甲基丙基胺，在冰水浴氛围中冷却至0℃，在搅拌条件下逐滴加入8g三氟甲烷磺酰氯，室温反应12h。反应结束后用100ml 1M盐酸分液萃取，收集有机相，再用饱和食盐水洗涤两次，随后用无水硫酸钠干燥，过滤，旋蒸，减压蒸馏得到N-丙基-N-甲基三氟甲磺酰胺(化合物75)。将制成的化合物75溶液放置在25℃、水含量及氧含量低于0.01ppm的手套箱中，分子筛干燥三天三夜，除去水分；
图2为实施例2中化合物75的核磁共振氢谱图；
S2.将双氟磺酰亚胺锂盐在100℃下真空干燥过夜；在25℃，水含量及氧含量低于0.01ppm的手套箱中，称取149.66mg双氟磺酰亚胺锂盐溶于1ml N-丙基-N-甲基三氟甲磺酰胺溶液中搅拌过夜，使其充分溶解且混合均匀，制得电解液。
实施例3
化合物1的合成线路如下：
S1.制备亚磺酰胺类电解液溶剂化合物1。在无水无氧的250ml双颈圆底烧瓶中依次加入100ml四氢呋喃，26.8ml三乙胺，7.2g N,N-二甲基乙二胺，在液氮丙酮浴氛围中冷却至-78℃，在搅拌条件下逐滴加入4.6g二氯亚砜，室温反应12h。反应结束后用去离子水淬灭，抽滤、旋蒸，用50ml无水乙醚萃取，过滤、旋蒸、减压蒸馏得到2,5-二甲基-1,2,5-噻二唑烷1-氧化物(化合物1)。将制成的化合物1溶液放置在25℃、水含量及氧含量低于0.01ppm的手套箱中，分子筛干燥三天三夜，除去水分；
图3为实施例3中化合物1的核磁共振氢谱图；
S2.将双氟磺酰亚胺锂盐在100℃下真空干燥过夜；在25℃，水含量及氧含量低于0.01ppm的手套箱中，称取187.07mg双氟磺酰亚胺锂盐溶于1ml 2,5-二甲基-1,2,5-噻二唑烷1-氧化物溶液中搅拌过夜，使其充分溶解且混合均匀，制得电解液。
实施例4
化合物14的合成线路如下：
S1.制备磺酰胺类电解液溶剂化合物14。在无水无氧的500ml双颈圆底烧瓶中依次加入240ml四氢呋喃，20.14ml三乙胺，7.23g N,N-二甲基乙二胺，在液氮丙酮浴氛围中冷却至-78℃，在搅拌条件下逐滴加入11g二氯化砜，室温反应12h。反应结束后用去离子水淬灭，用100ml饱和食盐水洗涤，收集有机相。再用100ml无水乙酸乙酯萃取三次，收集上层清液，随后用无水硫酸钠干燥。过滤、旋蒸、用乙醚重结晶得到2,5-二甲基-1,2,5-噻二唑烷1,1-二氧化物(化合物14)。
图4为实施例4中化合物14的核磁共振氢谱图；
S2.将双氟磺酰亚胺锂盐在100℃下真空干燥过夜；在25℃、水含量及氧含量低于0.01ppm的手套箱中，称取187.07mg双氟磺酰亚胺锂盐溶于1ml 2,5-二甲基-1,2,5-噻二唑烷1,1-二氧化物溶液中搅拌过夜，使其充分溶解且混合均匀，制得电解液。
实施例5
化合物57的合成线路如下：
S1.制备磺酰胺类电解液溶剂化合物57。在无水无氧的250ml双颈圆底烧瓶中依次加入4.18g氢化钠(含有40wt％植物油)，80ml四氢呋喃，在冰水浴氛围中冷却至0℃，在搅拌条件下逐滴加入8.39g 2,2,2-三氟乙醇，室温反应0.5h。并再次在冰水浴氛围中冷却至0℃，在搅拌条件下逐滴加入10g二甲胺基磺酰氯，室温反应16h。反应结束后用3ml超纯水淬灭氢化钠，过滤，旋蒸，用饱和食盐水洗涤两次，随后用无水硫酸钠干燥，过滤，减压蒸馏得到N,N-二甲基-三氟乙氧基磺酰胺(化合物57)。
图5为实施例5中化合物57的核磁共振氢谱图；
S2.将双氟磺酰亚胺锂盐在100℃下真空干燥过夜；在25℃、水含量及氧含量低于0.01ppm的手套箱中，称取187.07mg双氟磺酰亚胺锂盐溶于1ml N,N-二甲基-三氟乙氧基磺酰胺溶液中搅拌过夜，使其充分溶解且混合均匀，制得电解液。
实施例6
化合物31的合成线路如下：
S1.制备亚磺酰胺类电解液溶剂化合物31。在无水无氧的250ml双颈圆底烧瓶中依次加入100ml四氢呋喃，26.8ml三乙胺，1.9g二甲胺，在液氮丙酮浴氛围中冷却至-78℃，在搅拌条件下逐滴加入7.13g 2,2,2-三氟乙基氯亚磺酸酯，室温反应16h。反应结束后用3ml超纯水淬灭氢化钠，过滤，旋蒸，用饱和食盐水洗涤两次，随后用无水硫酸钠干燥，过滤，减压蒸馏得到N,N-二甲基-三氟乙氧基亚磺酰胺(化合物31)。
S2.将双氟磺酰亚胺锂盐在100℃下真空干燥过夜；在25℃，水含量及氧含量低于0.01ppm的手套箱中，称取187.07mg双氟磺酰亚胺锂盐溶于1ml N,N-二甲基-三氟乙氧基亚磺酰胺溶液中搅拌过夜，使其充分溶解且混合均匀，制得电解液。
制备例
制备Li||NCM811电池：将NCM811、乙炔黑、PVDF粘结剂按照8:1:1的比例，通过N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶液分散制备成浆料，利用100μm的刮刀将其均匀涂覆于铝箔上，随后在120℃下真空干燥24h，利用切片机将其裁减成特定尺寸的电极片，放入手套箱中储存；
在手套箱中，以所制备的电极片为正极；直径为14mm的锂片为负极；Celgard3501为隔膜；分别使用商用电解液(1M LiPF6 in EC:DEC(1:1by vol))和实施例1所制备的1MLiFSI in FEMS作为电解液，组装Li||NCM811电池。分别在-20℃、25℃、55℃下运用电化学测试系统得到测试数据。
测试例
对制备例所得电池进行电化学性能测试。将NCM811极片作为正极，锂金属作为负极，将商用电解液和实施例1的电解液组装成的Li||NCM811电池，测试其在高压及不同温度范围(-20℃～55℃)内的倍率性能和循环性能。
(1)在-20℃条件下，测试不同电解液体系的Li||NCM811电池在不同放电倍率下的比容量，结果如图6(a)所示；在高电压4.8V、低温-20℃，放电倍率为0.2C条件下，测试不同电解液体系的Li||NCM811电池循环50圏后的比容量及库伦效率，结果如图6(b)所示。
图6(a)-(b)示出了-20℃条件下Li||NCM811电池在不同电解液中的电化学性能图。
表1 -20℃条件下Li||NCM811电池在不同电解液中的电化学性能
从图6(a)和表1的数据可以看出，商用电解液在不同倍率下的放电比容量都低于1M LiFSI in FEMS。从图6(b)中可以看出，在高电压4.8V、低温-20℃条件下，Li||NCM811电池分别在商用电解液、实施例1中1M LiFSI in FEMS的0.2C条件下，普通商用电解液循环50圈后其容量保持率只有44.17％，同时平均库伦效率仅为有98.63％。而使用1M LiFSI inFEMS电解液的Li||NCM811电池容量保持率为97.40％，几乎没有容量的衰减，其比容量远远高于普通商用电解液，平均库伦效率达到99.63％。
(2)在25℃条件下，测试不同电解液体系的Li||NCM811电池在不同放电倍率下的比容量，结果如图7(a)所示；在高电压4.8V、室温25℃、放电倍率1C条件下，测试不同电解液体系的Li||NCM811电池循环50圏后的比容量及库伦效率，结果如图7(b)所示。
表2 25℃条件下Li||NCM811电池在不同电解液中的倍率性能
从图7(a)和表2的数据可以看出，使用1M LiFSI in FEMS电解液的Li||NCM811电池表现出较好的倍率性能，充分证明1M LiFSI in FEMS电解液体系的电池在高电压(4.8V)条件下仍具备的快速充放电能力。从图7(b)可以看出，使用1M LiFSI in FEMS电解液的Li||NCM811电池在高电压4.8V、室温25℃、放电倍率1C条件下循环50圈容量保持率高达96.6％，同时平均库伦效率达99.20％。
(3)在55℃条件下，测试不同电解液体系的Li||NCM811电池在不同放电倍率下的比容量，结果如图8(a)所示；在高电压4.7V、高温55℃、放电倍率1C条件下，测试不同电解液体系的Li||NCM811电池循环50圏后的比容量及库伦效率，结果如图8(b)所示。
图8(a)-(b)示出了55℃条件下Li||NCM811电池在不同电解液中的电化学性能图。
表3 55℃条件下Li||NCM811电池在不同电解液中的倍率性能
从图8(a)和表3的数据可以看出，在4.7V、高温55℃条件下，1M LiFSI in FEMS体系下的Li||NCM811电池表现出良好的倍率性能。从图8(b)可以看出，在4.7V、55℃条件下，Li||NCM811电池在1C条件下循环50圈的电化学性能图。1M LiFSI in FEMS体系的电池在高温高电压下循环50圈容量保持率为92.53％，而普通商用电解液体系的电池循环50圈后的容量保持率只有76.63％，由此可见，1M LiFSI in FEMS体系在高温高电压下表现出优异的循环稳定性。
(4)将商用电解液和实施例1的电解液组装成以锂金属为负极、铜箔为对电极的Li||Cu电池，并在温度25℃、电流密度1mA cm-2、容量为1mAh cm-2条件下，对其进行库伦效率测试。
图9示出了在25℃条件下Li||Cu电池在不同电解液中的电化学性能图。
从图9可以看出，在电流密度1mA cm-2、容量为1mAh cm-2条件下，1M LiFSI inFEMS体系下的Li||Cu电池表现出明显的优势，其平均库伦效率为99.7％，而商业电解液体系的Li||Cu电池的平均库伦效率只有85.6％。这表明1M LiFSI in FEMS体系与锂金属负极的兼容性更好，且具有较好的锂沉积剥离可逆性。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种宽温域的高电压锂电池电解液，其特征在于，所述宽温域的高电压锂电池电解液的制备原料包括：锂盐、基于磺酰基的化合物；
所述基于磺酰基的化合物的主结构基团选自如下基团中的一种：
(1)环状亚磺酰胺基团：
(2)环状磺酰胺基团：
(3)线性亚磺酰胺基团：
(4)线性磺酰胺基团：
2.根据权利要求1所述宽温域的高电压锂电池电解液，其特征在于，所述基于磺酰基的化合物的侧基基团选自如下任意一种或以下基团的任意组合：
-H…-F……CF3…CH3…C2Hs…C3H7
-O-0-CF3
3.根据权利要求1所述宽温域的高电压锂电池电解液，其特征在于，所述锂盐选自双氟磺酰亚胺锂盐、双三氟甲磺酰亚胺锂盐、二氟草酸硼酸锂盐、六氟磷酸锂盐、四氟硼酸锂盐、三氟甲磺酸锂盐、二草酸硼酸锂盐、高氯酸锂盐、六氟合砷酸锂盐中的一种或以上的任意比例组合。
4.根据权利要求2所述宽温域的高电压锂电池电解液，其特征在于，所述基于磺酰基的化合物包括如下分子结构中的一种：
5.根据权利要求2所述宽温域的高电压锂电池电解液，其特征在于，所述基于磺酰基的化合物包括如下分子结构中的一种：
6.根据权利要求2所述宽温域的高电压锂电池电解液，其特征在于，所述基于磺酰基的化合物包括如下分子结构中的一种：
7.根据权利要求2所述宽温域的高电压锂电池电解液，其特征在于，所述基于磺酰基的化合物包括如下分子结构的中一种：
8.权利要求1-7任一项所述宽温域的高电压锂电池电解液的制备方法，其特征在于，所述宽温域的高电压锂电池电解液的制备方法包括如下步骤：
S1.在无水无氧条件下，往容器中加入催化剂、有机溶剂和有机物原料，在冰浴条件下加入砜基原料，反应6-24h，得到化合物X；之后去除未反应的原料及副产物，得到基于磺酰基的化合物；
所述有机物原料选自胺基类、醇类有机物；
S2.对锂盐进行预处理，然后将锂盐溶于步骤S1制备的基于磺酰基的化合物中，得到产品。
9.根据权利要求8所述宽温域的高电压锂电池电解液的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述有机溶剂选自卤代烷烃类、醚类溶剂。
10.权利要求1-7任一项所述宽温域的高电压锂电池电解液在锂电池中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311120985.7A CN117410568B (zh) | 2023-09-01 | 一种宽温域的高电压锂电池电解液及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311120985.7A CN117410568B (zh) | 2023-09-01 | 一种宽温域的高电压锂电池电解液及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117410568A true CN117410568A (zh) | 2024-01-16 |
| CN117410568B CN117410568B (zh) | 2024-05-31 |
Family
ID=
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004259697A (ja) * | 2003-02-06 | 2004-09-16 | Mitsubishi Chemicals Corp | 非水系電解液およびリチウム二次電池 |
| CN1653641A (zh) * | 2002-03-08 | 2005-08-10 | 三菱化学株式会社 | 非水电解液及采用它的锂二次电池 |
| CN113161618A (zh) * | 2021-03-31 | 2021-07-23 | 厦门大学 | 一种宽温域工作的锂二次电池高电压电解液及其制备方法和应用 |
| CN113851716A (zh) * | 2021-09-24 | 2021-12-28 | 珠海市赛纬电子材料股份有限公司 | 非水电解液及其锂离子电池 |
| CN114639873A (zh) * | 2020-12-16 | 2022-06-17 | 华为技术有限公司 | 电池电解液、二次电池和终端 |
| WO2022127193A1 (zh) * | 2020-12-17 | 2022-06-23 | 北京卫蓝新能源科技有限公司 | 一种含有氮基盐结构的电解质及其制备方法和应用 |
| WO2022262232A1 (zh) * | 2021-06-16 | 2022-12-22 | 珠海市赛纬电子材料股份有限公司 | 非水电解液及其二次电池 |
| US20230238582A1 (en) * | 2022-01-27 | 2023-07-27 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. | Non-aqueous electrolytes for batteries |
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1653641A (zh) * | 2002-03-08 | 2005-08-10 | 三菱化学株式会社 | 非水电解液及采用它的锂二次电池 |
| US20110159380A1 (en) * | 2002-03-08 | 2011-06-30 | Mitsubishi Chemical Corporation | Nonaqueous electrolyte and lithium secondary battery employing the same |
| JP2004259697A (ja) * | 2003-02-06 | 2004-09-16 | Mitsubishi Chemicals Corp | 非水系電解液およびリチウム二次電池 |
| CN114639873A (zh) * | 2020-12-16 | 2022-06-17 | 华为技术有限公司 | 电池电解液、二次电池和终端 |
| WO2022127193A1 (zh) * | 2020-12-17 | 2022-06-23 | 北京卫蓝新能源科技有限公司 | 一种含有氮基盐结构的电解质及其制备方法和应用 |
| CN113161618A (zh) * | 2021-03-31 | 2021-07-23 | 厦门大学 | 一种宽温域工作的锂二次电池高电压电解液及其制备方法和应用 |
| WO2022262232A1 (zh) * | 2021-06-16 | 2022-12-22 | 珠海市赛纬电子材料股份有限公司 | 非水电解液及其二次电池 |
| CN113851716A (zh) * | 2021-09-24 | 2021-12-28 | 珠海市赛纬电子材料股份有限公司 | 非水电解液及其锂离子电池 |
| US20230238582A1 (en) * | 2022-01-27 | 2023-07-27 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. | Non-aqueous electrolytes for batteries |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| ALLEN D. PAURIC等: ""Combined NMR and molecular dynamics modeling study of transport properties in sulfonamide based deep eutectic lithium electrolytes: LiTFSI based binary systems"", PHYS. CHEM. CHEM. PHYS., vol. 18, 26 January 2016 (2016-01-26), pages 6657 - 6667 * |
| JIAWEI LAI等: ""Molecular Design of Asymmetric Cyclophosphamide as Electrolyte Additive for High-Voltage Lithium-Ion Batteries"", ACS ENERGY LETTERS, vol. 8, 17 April 2023 (2023-04-17), pages 2241 - 2251 * |
| 廖帅玲: ""N, N-二烷基全氟烷基磺酰胺的制备与表征"", 中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑·化学, 31 July 2012 (2012-07-31), pages 1 - 72 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR20160144123A (ko) | 리튬 이차전지 전해액 및 이를 포함하는 리튬 이차전지 | |
| KR20110038131A (ko) | 비수전해액 및 리튬 이차전지 | |
| JP2005078820A (ja) | 非水電解質二次電池 | |
| CN104904055A (zh) | 氟代异丙基衍生物在电解质中作为添加剂的用途 | |
| CN108288728A (zh) | 一种适配硅碳材料的锂离子电池电解液及其应用 | |
| WO2012049780A1 (en) | Ionic liquid, lithium secondary battery electrolyte comprising the ionic liquid, and lithium secondary battery comprising the electrolyte | |
| CN111934015B (zh) | 一种锂离子电池非水电解液及含该非水电解液的锂离子电池 | |
| WO2017102557A1 (en) | Cyanoalkyl sulfonylfluorides for electrolyte compositions for high energy lithium-ion batteries | |
| CN105206873A (zh) | 一种含有磷腈氟烷基磺酰亚胺锂的电解液及使用该电解液的电池 | |
| CN113851713B (zh) | 电解液添加剂和含有该添加剂的电解液及锂离子电池 | |
| CN115051033A (zh) | 一种氟代醚类溶剂与电解液在储能电池中的应用 | |
| CN112510260B (zh) | 电解液添加剂、非水电解液和锂离子电池 | |
| CN110627742B (zh) | 一种含有至少一种环状配体结构的化合物的制备方法和纯化方法 | |
| CN114824468A (zh) | 一种含氟硼元素物质的多功能锂电池添加剂及其应用 | |
| CN117410568B (zh) | 一种宽温域的高电压锂电池电解液及其制备方法 | |
| CN113416178B (zh) | 一种锂电池添加剂胺基硫酸乙烯酯及其制备方法、应用 | |
| CN113851642B (zh) | 非水电解液及其锂离子电池 | |
| CN117410568A (zh) | 一种宽温域的高电压锂电池电解液及其制备方法 | |
| CN114976240A (zh) | 硼酸酯锂盐电解液及锂离子电池 | |
| CN108912335A (zh) | 磷腈聚阴离子碱金属盐及其制备方法和非水电解液中的应用 | |
| EP3656014A1 (en) | Heterocyclic sulfonyl fluoride additives for electrolyte composition for lithium batteries | |
| CN116715701A (zh) | 一种氟代环状含磷分子及其应用 | |
| CN111342131A (zh) | 一种4.4v高电压锰系三元锂离子电池电解液及其制备方法 | |
| CN111952667A (zh) | 一种电解液添加剂和含有该添加剂的电解液及锂离子电池 | |
| CN111342132A (zh) | 一种锰酸锂倍率锂离子电池电解液及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |