[發明專利]鹵化取代咪唑作為氧化還原媒介的應用、電解液和鋰氧電池

有效

• 申請號: 202011021912.9
• 申請日: 2020-09-25
• 公開（公告）號: CN112151862B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 劉佳;李丹;謝海明;劉軍
• 申請（專利權）人: 東北師范大學
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M12/08;H01M10/42
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 劉奇

本發明屬于電池技術領域，特別涉及一種鹵化取代咪唑作為氧化還原媒介的應用、電解液和鋰氧電池。本發明提供了一種鹵化取代咪唑作為氧化還原媒介，在鋰氧電池中的應用。在本發明所述應用中，鹵化取代咪唑作為氧化還原媒介，可以有效促進Li₂O₂的生成和加速Li₂O₂的分解效率，降低鋰氧電池過電勢，而且可以在鋰金屬負極表面原位生成固體電解質界面膜保護層，從而抑制“穿梭效應”，提高鋰氧電池的循環壽命。實施例表明，以本發明提供的鹵化取代咪唑為氧化還原媒介得到的鋰氧電池循環壽命長、充電電壓低。

技術領域

本發明屬于電池技術領域，特別涉及一種鹵化取代咪唑作為氧化還原媒介的應用、電解液和鋰氧電池。

背景技術

鋰氧電池是一種用鋰作負極，以氧氣作為正極反應物的電池，具有超高的理論能量密度，但是由于鋰金屬負極穩定性較差，放電產物 (Li₂O₂)的本征分解反應動力學遲緩，氧氣正極可逆性差等問題，導致鋰氧氣電池的過電勢較大、循環穩定性和倍率性能差。

催化劑可以在一定程度上改善鋰氧氣電池較大的過電勢的問題，但固相催化劑的活性位點被絕緣的Li₂O₂覆蓋后，三相界面尤其是固 /固界面的電荷傳輸受阻，催化能力會受到嚴重制約。氧化還原媒介 (redox mediator,RM)的研發被認為可以避免這一問題。在電池循環過程中，作為空穴劑的RM首先發生電化學反應，生成還原性的RM^-或氧化性RM⁺(或)，其通過電解質擴散并進一步化學還原或氧化Li₂O₂，將固/固界面的電荷傳輸有效地轉移為固/液界面的電荷傳輸，可以降低氧氣電極的界面穿荷阻抗，降低反應活化能，促進催化反應不斷進行，從而達到減小電池極化、提高電池充放電容量和循環穩定性的目的。

然而，RM^-和RM⁺不可避免地會由正極遷移到鋰負極表面與鋰負極發生副反應，即發生“穿梭效應”，這將會導致RM的持續消耗和金屬鋰的腐蝕，直接導致電池的能量衰減，甚至電池失效。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種鹵化取代咪唑作為氧化還原媒介的應用，鹵化取代咪唑可以有效促進Li₂O₂的生成和加速Li₂O₂的分解效率，降低鋰氧電池過電勢，而且可以在鋰金屬負極表面原位生成固體電解質界面膜保護層，從而抑制“穿梭效應”，提高鋰氧電池的循環壽命。

為了實現上述發明的目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種鹵化取代咪唑作為氧化還原媒介，在鋰氧電池中的應用。

優選的，所述鹵化取代咪唑的分子結構包括取代咪唑正離子和鹵素離子；

所述取代咪唑正離子為咪唑中的氫被取代基取代；所述取代基包括烷基、氰基、苯、苯的衍生物和咪唑的衍生物中的一種或多種。

優選的，所述取代咪唑正離子具有如下結構中的任意一種：

優選的，所述鹵素離子為碘離子或溴離子。

本發明還提供了一種用于鋰氧電池中的電解液，所述電解液包括鹵化取代咪唑、鋰鹽和質子惰性溶劑；所述鹵化取代咪唑為上述技術方案所述的鹵化取代咪唑。

優選的，所述鹵化取代咪唑在電解液中的濃度為0.001～2.5mol/L。

優選的，所述鋰鹽包括雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰、硝酸鋰、高氯酸鋰、六氟磷酸鋰、三氟甲基磺酸鋰和二氟草酸硼酸鋰中的一種或幾種。

優選的，所述鋰鹽在電解液中的濃度為0.01～4.8mol/L。