[發明專利]一種堿金屬電池使用的電解質及其制備和應用

在審

• 申請號: 202310319707.8
• 申請日: 2023-03-29
• 公開（公告）號: CN116470144A
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發明（設計）人: 崔光磊;崔子立;許高潔;喬立鑫;敏學卿;徐紅霞;張圣行
• 申請（專利權）人: 中國科學院青島生物能源與過程研究所
• 主分類號: H01M10/0568
• 分類號: H01M10/0568;H01M10/056;H01M10/0565;H01M10/0562;H01M10/054;H01M10/052
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 李穎

本發明屬于堿金屬(Li、Na、K)電池使用的電解質技術領域，具體一種堿金屬電池使用的電解質及其制備和應用。所述電池電解質為液態或固態電解質，電解質中鹽為陰離子含氰基的鹽中的一種或幾種；或，陰離子含氰基的鹽中的一種或幾種和一種或幾種的常規鋰鹽混合；其中，含氰基鹽占電解質質量的0.1％?80％。本發明電解質的鹽中陰離子的多氰基結構可以在正極表面形成一層穩定的正極界面膜(CEI膜)來抑制電解質的氧化分解，同時陰離子中的氰基還可以在負極界面還原形成一層有利的負極界面膜(SEI膜)來抑制電解質的還原分解；CEI/SEI膜中多氰基結構有利于發揮多氰基的協同傳導離子的作用，這有利于界面膜中的離子的傳輸，有利于CEI/SEI電導率的提高。

技術領域

本發明屬于堿金屬(Li、Na、K)電池使用的電解質技術領域，具體一種堿金屬電池使用的電解質及其制備和應用。

背景技術

IA族元素電池(目前主要為Li、Na、K電池)具有安全性高、體積能量密度高、環境友好等優點，目前已有很多IA族鋰、鈉電池的商業化。然而，目前的電池的電解液在正極界面穩定性不夠高，難以與高電壓的正極匹配，進而限制了電池能量密度的發揮。同時，現有的Li、Na、K電解液與負極的兼容性也很差，電解液會在負極分解形成一層不穩定界面膜或非活性鈍化膜。正是這種正負極兼容的電解液的缺乏限制了高能量密度Li、Na、K電池的發展。

因此，開發與正負極兼容的電解液變得十分迫切和必要。目前開發與正負極兼容的電解液主要有兩類方法：一類方法是通過加入添加劑在電池正負極界面分別形成一層界面(CEI/SEI)膜。發明專利CN?111313092A公布了一種含氰基的添加劑，發明專利CN106033824A公布了一種含氰基的醚類添加劑，添加劑在電解液中的質量分數為0.5-3％。添加劑為中性分子，在構筑界面膜時會消耗已有的鋰離子，進而會導致電池性能的下降；且常規的含氰基添加劑中只有一個氰基，或即使含有多個氰基，氰基基團的距離比較遠，不利于離子的傳輸，進而不利于電池容量的發揮。另一類改善正負極界面的方法是改變電解液的配方，即改變溶劑或鹽的組成。其中，電解液的溶劑配方已經比較完善，引入新的添加劑會因新官能團與其它官能團相互作用導致溶劑化能力的下降。相比之下，改變鹽種類的方法是一條有效的途徑，原因是鹽的量比較大，不會消耗電極中已有的鋰離子，同時對鹽進行官能團的修飾也不會對其溶劑化能力及黏度帶來很大的影響。重要的是，鹽中新引入的官能團可以在正負極界面形成有利的界面(CEI/SEI)膜；而且常規的鋰鹽中不含多氰基相鄰的官能團，不利于界面膜中離子的傳輸；同時很多常規鋰鹽也會腐蝕集流體。

因此，為了實現電解液與正負極的兼容性，需要提供一種新的電解液。

發明內容

本發明目的在于提供一種堿金屬電池使用的電解質及其制備和應用。

為實現上述目的，本發明采用技術方案為：

一種堿金屬電池使用的電解質，堿金屬電池包括液態或固態，電解質中鹽為陰離子含氰基的鹽中的一種或幾種；或，陰離子含氰基的鹽中的一種或幾種和一種或幾種的常規鹽混合；其中，陰離子含氰基鹽占電解質質量的0.1-80％；

所述陰離子含氰基的鹽的結構選自化學式1所示，

M可選自Li或Na或K；

X選自B、C、N、O、Al、P或As；

Y可相同或不同的選自與X成鍵的原子或官能團，可相同或不同的選自鹵素、O、S、CN、OS(＝O)₂或NR₁；當Y為鹵素或CN時無R基團，且，至少一個Y不為鹵素或CN；多個Y可分別相同或不同。

p為1-6的整數，p的取值使陰離子顯負一價；