【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于碱金属电池，具体涉及一种碱金属电池电解液添加剂、碱金属电池电解液以及碱金属电池。
技术介绍
1、进入科技大爆炸时代，不断迭代的用电产品诸如电动汽车、数码3c电池对电池能量密度要求日益增高，高能量密度电池材料体系也因此得到了不断发展，例如目前负极体系将通过与锂发生合金化反应而具有高储存容量特性的金属材料如硅(4200mah/g)和锡(990mah/g)用作负极活性材料，从而提升电池能量密度。然而将如硅和锡金属用作负极活性材料时，在充放电过程中，与锂进行合金化过程中其体积膨胀最高可达400％，并且在放电过程中再收缩。较大的体积变化会使活性材料逐渐微粉化并从电极上脱落，导致容量迅速衰减，从而难以确保稳定性和可靠性。
2、与上述负极活性材料相比，碱金属如锂金属、钠金属和钾金属，具有较高的比容量，尤其是金属锂，其理论比容量高达3860mah/g，电极电位低至-3.04v，因此发展以金属锂作为负极的碱金属电池再次引起科研工作者的关注。锂金属负极具有极高的理论容量和最负的平衡电极电势，但锂的储量很低，锂电市场的消耗巨大，导致其价格昂贵。与之相比，钠和钾金属具有储量丰富、价格低廉的优势，也成为下一代负极材料的研究热门。但是，碱金属负极都存在枝晶生长的共性问题，导致电池的安全性能差、能量密度低、循环寿命短等问题，严重阻碍了碱金属负极在实际电池中的应用。因此，如何有效改善碱金属负极表面性质、抑制枝晶的生成是进一步发展碱金属电池需要解决的重点。
3、带有硝酸根阴离子的电解液添加剂可以在碱金属表面可以形成一层富含碱
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种碱金属电池电解液添加剂、碱金属电池电解液以及碱金属电池，本专利技术通过自下而上的化学合成方法，制备了一系列兼具硝酸酯基团与其他功能官能团的碱金属电池电解液添加剂，此类添加剂在非水电解液中容积性能好，同时有机硝酸酯基团相较阴离子硝酸根还原反应活性更高，本专利技术的添加剂添加到电解液中可以有效调控形成含碱金属氧化物、氮化物以及氮氧化物组分的特殊超薄导电sei膜，能够有效抑制充放电过程中碱金属不均匀沉积导致的枝晶生长，从而提升碱金属电池电化学性能。
2、本专利技术提供了一种碱金属电池电解液添加剂，所述添加剂为具有结构式a或b的化合物：
3、
4、其中，r1选自甲基或氟原子；
5、r2～r4独立的选自氢原子或硝酸酯基；
6、r5～r6为空或氢原子；
7、x1和x2独立的选自碳或氮，但不同时为氮；
8、r7～r10为氢原子；
9、r11选自氢原子或丙烯基；
10、r12选自氢原子、氟原子或硝酸酯基；
11、r13～r14独立的选自氢原子或硝酸酯基；
12、r15选自氢原子、丙烯基或硝酸酯基；
13、r16选自氢原子或硝酸酯基。
14、优选的，所述碱金属电池电解液添加剂选自化合物(i)～化合物(ix)中的至少一种：
15、
16、本专利技术还提供了一种碱金属电池非水电解液，包括碱金属盐、非水有机溶剂和总电解液添加剂，所述总电解液添加剂中包括上述碱金属电池电解液添加剂，所述碱金属盐选自锂盐、钠盐或钾盐。
17、优选的，所述碱金属电池非水电解液，包括：
18、11wt％～25wt％的碱金属盐；
19、71.5wt％～86.8wt％的非水有机溶剂；
20、0.6wt％～6wt％的总电解液添加剂，其中，所述碱金属电池电解液添加剂占所述碱金属电池非水电解液的0.1wt％～2wt％。
21、优选的，所述锂盐选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、六氟砷酸锂、六氟锑酸锂、二氟磷酸锂、双乙二酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂和双(氟磺酰)亚胺锂中的一种或多种；
22、所述钠盐选自六氟磷酸钠、四氟硼酸钠、高氯酸钠、六氟砷酸钠、六氟锑酸钠、二氟磷酸钠、双乙二酸硼酸钠、二氟草酸硼酸钠和双(氟磺酰)亚胺钠中的一种或多种；
23、所述钾盐选自六氟磷酸钾、四氟硼酸钾、高氯酸钾、六氟砷酸钾、六氟锑酸钾、二氟磷酸钾、双乙二酸硼酸钾、二氟草酸硼酸钾和双(氟磺酰)亚胺钾中的一种或多种。
24、优选的，所述非水有机溶剂为环状碳酸酯、链状碳酸酯、羧酸酯、内酯和醚类溶剂中的一种或多种。
25、优选的，所述环状碳酸酯类溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚丁基酯和碳酸亚戊基酯中的至少一种。链状碳酸酯可为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、甲基三氟乙基碳酸酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯和碳酸乙丙酯中的至少一种；
26、所述羧酸酯类溶剂选自乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、二氟乙酸甲酯和二氟乙酸乙酯中的至少一种；
27、所述内酯类溶剂选自γ-丁内酯、γ-戊内酯、γ-己内酯、σ-戊内酯和ε-己内酯中的至少一种；
28、所述醚类溶剂可为乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、1,3-二氧戊环、四氢呋喃、甲基四氢呋喃、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚、二苯醚及冠醚中的一种或多种。
29、优选的，所述总电解液添加剂还包括其他种类的电解液添加剂，所述其他种类的电解液添加剂选自包括碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、硫酸乙烯酯、亚硫酸乙烯酯、硫酸丙烯酯、1,3-丙烷磺酸内酯、1,3-丙烯磺酸内酯、1,4-丁磺酸内酯、2,4-丁烷磺内酯、甲磺酸苯酯、甲烷二磺酸亚甲酯、n-苯基双(三氟甲烷磺酰)亚胺、三烯丙基磷酸酯、三(三甲基硅烷)磷酸酯、亚磷酸三甲酯、亚磷酸三苯酯、四甲基亚甲基二磷酸酯、炔丙基磷酸酯、(2-烯丙基苯氧基)三甲硅烷、三(三甲基硅烷)硼酸酯、硼酸三丙酯、1,3,5-三烯丙基异氰脲酸酯、甲基丙烯酸异氰基乙酯、六亚甲基二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、2,4-甲苯二异氰酸酯、1,3,6-己烷三腈或1,2-双(氰乙氧基)乙烷中的一种或多种。
30、本专利技术还提供了一种碱金属电池，包括正极、负极、隔膜及上述非水电解液。
31、优选的，所述正极包括正极材料，所述正极材料选自含硫正极材料、含硒正极材料、碱金属的钴酸盐、碱金属的磷酸铁盐、碱金属的磷酸锰铁盐、碱金属的锰酸盐、碱金属的镍铁锰酸盐、普鲁士蓝、碱金属的镍锰酸盐、碱金属的镍钴锰本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种碱金属电池电解液添加剂，其特征在于，所述添加剂为具有结构式A或B的化合物：
2.根据权利要求1所述的碱金属电池电解液添加剂，其特征在于，所述碱金属电池电解液添加剂选自化合物(I)～化合物(IX)中的至少一种：
3.一种碱金属电池非水电解液，其特征在于，包括碱金属盐、非水有机溶剂和总电解液添加剂，所述总电解液添加剂中包括权利要求1或2所述的碱金属电池电解液添加剂，所述碱金属盐选自锂盐、钠盐或钾盐。
4.根据权利要求3所述的碱金属电池非水电解液，其特征在于，包括：
5.根据权利要求3所述的碱金属电池非水电解液，其特征在于，所述锂盐选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、六氟砷酸锂、六氟锑酸锂、二氟磷酸锂、双乙二酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂和双(氟磺酰)亚胺锂中的一种或多种；
6.根据权利要求3所述的碱金属电池非水电解液，其特征在于，所述非水有机溶剂为环状碳酸酯、链状碳酸酯、羧酸酯、内酯和醚类溶剂中的一种或多种。
7.根据权利要求6所述的碱金属电池非水电解液，其特征在于，所述环状碳酸酯类溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸丙
8.根据权利要求3所述的碱金属电池非水电解液，其特征在于，所述总电解液添加剂还包括其他种类的电解液添加剂，所述其他种类的电解液添加剂选自包括碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、硫酸乙烯酯、亚硫酸乙烯酯、硫酸丙烯酯、1,3-丙烷磺酸内酯、1,3-丙烯磺酸内酯、1,4-丁磺酸内酯、2,4-丁烷磺内酯、甲磺酸苯酯、甲烷二磺酸亚甲酯、N-苯基双(三氟甲烷磺酰)亚胺、三烯丙基磷酸酯、三(三甲基硅烷)磷酸酯、亚磷酸三甲酯、亚磷酸三苯酯、四甲基亚甲基二磷酸酯、炔丙基磷酸酯、(2-烯丙基苯氧基)三甲硅烷、三(三甲基硅烷)硼酸酯、硼酸三丙酯、1,3,5-三烯丙基异氰脲酸酯、甲基丙烯酸异氰基乙酯、六亚甲基二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、2,4-甲苯二异氰酸酯、1,3,6-己烷三腈或1,2-双(氰乙氧基)乙烷中的一种或多种。
9.一种碱金属电池，其特征在于，包括正极、负极、隔膜及权利要求3～8任意一项所述的非水电解液。
10.根据权利要求9所述的碱金属电池，其特征在于，所述正极包括正极材料，所述正极材料选自含硫正极材料、含硒正极材料、碱金属的钴酸盐、碱金属的磷酸铁盐、碱金属的磷酸锰铁盐、碱金属的锰酸盐、碱金属的镍铁锰酸盐、普鲁士蓝、碱金属的镍锰酸盐、碱金属的镍钴锰酸盐、碱金属的镍钴铝酸盐、碱金属的磷酸钒盐和碱金属的氟磷酸钒盐中的一种或多种；
...【技术特征摘要】
1.一种碱金属电池电解液添加剂，其特征在于，所述添加剂为具有结构式a或b的化合物：
2.根据权利要求1所述的碱金属电池电解液添加剂，其特征在于，所述碱金属电池电解液添加剂选自化合物(i)～化合物(ix)中的至少一种：
3.一种碱金属电池非水电解液，其特征在于，包括碱金属盐、非水有机溶剂和总电解液添加剂，所述总电解液添加剂中包括权利要求1或2所述的碱金属电池电解液添加剂，所述碱金属盐选自锂盐、钠盐或钾盐。
4.根据权利要求3所述的碱金属电池非水电解液，其特征在于，包括：
5.根据权利要求3所述的碱金属电池非水电解液，其特征在于，所述锂盐选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、六氟砷酸锂、六氟锑酸锂、二氟磷酸锂、双乙二酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂和双(氟磺酰)亚胺锂中的一种或多种；
6.根据权利要求3所述的碱金属电池非水电解液，其特征在于，所述非水有机溶剂为环状碳酸酯、链状碳酸酯、羧酸酯、内酯和醚类溶剂中的一种或多种。
7.根据权利要求6所述的碱金属电池非水电解液，其特征在于，所述环状碳酸酯类溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚丁基酯和碳酸亚戊基酯中的至少一种；链状碳酸酯可为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、甲基三氟乙基碳酸酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯和碳酸乙丙酯中的至少一...
【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳志鹏，张瑞敏，李立飞，周龙捷，黄建，
申请(专利权)人：蓝固湖州新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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