[发明专利]一种用于锂金属/锂离子/锂硫电池的含氟醚类电解液共溶剂及电解液与锂二次电池

说明书

本发明公开了一种用于锂金属/锂离子/锂硫电池的含氟醚类电解液共溶剂及电解液与锂二次电池。本发明提供的电解液共溶剂包括含氟醚类化合物。含氟醚类化合物的分子结构式如式(I)‑(VI)所示；含氟醚类化合物具有电化学稳定窗口宽，对锂金属稳定等优点，用于制备锂二次电池，可使所得锂二次电池容量保持率和循环稳定性得到显著提升；在锂电池领域有较好应用前景。

技术领域

本发明属于电池材料技术领域，具体涉及一种用于锂金属/锂离子/锂硫电池的含氟醚类电解液共溶剂及电解液与锂二次电池。

背景技术

电解液被誉为锂电电池中的“血液”，对锂电池电极材料容量的发挥、电池循环稳定性、电池安全性等起着至关重要的作用。传统的锂离子电池所用电解液一般为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)等为主溶剂，六氟磷酸锂为锂盐同时添加一定量的添加剂而制备得到的电解液。这类电解液由于能够在石墨负极形成比较稳定的固态电解质膜(SEI)，能够保护石墨负极在循环过程中不被剥离，因而取得良好的循环稳定性。同时电解液耐氧化电位适中，对磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、钴酸锂、锰酸锂等正极材料相对稳定，因而使其在锂离子电池领域发挥广泛作用。

然而由于人们对高比能锂电电池的不断追求，以及石墨负极较低的理论比容量(372mAh/g)，使得人们将负极材料的目光转向具有更高比容量、更低电位的锂金属材料(3860mAh/g，-3.04V vs.SHE)。对于传统的碳酸酯类电解液，其并不适用与锂金属电池，这主要是因为锂金属的电位较低，还原性较强，能够与大多数酯类电解液反应，从而在充放电过程中容易导致锂支晶的生长以及死锂的形成，最终使得电池衰减迅速，难以满足需求。此外，由于多硫化锂也可与酯类电解液发生化学反应，因而传统酯类电解液也难以用于锂硫电池。

近日，马里兰大学王春生教授课题组选用惰性溶剂OFE作为共溶剂(Zheng J.,JiG,et al.High-Fluorinated Electrolytes for Li-S Batteries[J].Advanced EnergyMaterials,2019,9(16).)，通过在LiFSI/DME电解液中引入一定体积比的OFE，能够降低电解液粘度、改善电解液润湿性能，还可以在较低锂盐用量条件下保持高浓盐电解液的特性。但该醚类电解液体系氧化分解电位较低，难以满足高电压正极材料的需求(如磷酸铁锂LFP、三元正极材料NCM、尖晶石镍锰酸锂等正极材料)。同时，OFE价格过于高昂，无法实现商业化应用。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种用于锂金属/锂离子/锂硫电池的含氟醚类电解液共溶剂及电解液与锂二次电池。

本发明的目的是提供一种含氟醚类化合物及其制备方法、一种用于锂金属/锂离子/锂硫电池的含氟醚类电解液共溶剂、一种电解液以及一种二次电池，旨在解决现有酯类电解液和醚类电解液存在的稳定性差、氧化分解电位较低等技术问题。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

本发明提供的用于锂金属/锂离子/锂硫电池的含氟醚类电解液共溶剂(惰性电解液共溶剂)，包括含氟醚类化合物；所述含氟醚类化合物的结构式为下式(I)-(VI)中的一种以上：

进一步地，所述含氟醚类化合物的制备方法，包括如下步骤：

(1)将对甲苯磺酰氯、氟醇和碱金属氢氧化物混合处理，使得对甲苯磺酰氯与氟醇生成对甲苯磺酸酯；

(2)将所述对甲苯磺酸酯、氟醇和碱金属氢氧化物再次混合处理，氟醇与碱金属氢氧化物反应生成氟醇有机碱，所述氟醇有机碱与所述对甲苯磺酸酯发生双分子亲核取代反应，生成所述含氟醚类化合物。