[发明专利]含氯磺酰基亚胺锂盐的非水电解液在一次锂电池中的应用

说明书

本发明提供了一种含氯磺酰基亚胺锂盐的非水电解液在一次锂电池中的应用及使用含氯磺酰基亚胺锂盐非水电解液的一次锂电池，所述含氯磺酰基亚胺锂盐的非水电解液，由含有双(氯磺酰)亚胺锂盐和/或(氯磺酰)(烷基磺酰)亚胺锂盐的导电锂盐和非水溶剂组成的非水电解液。本发明所采用的含有双(氯磺酰)亚胺锂盐和/或(氯磺酰)(烷基磺酰)亚胺锂盐的导电盐具有离子导电和高电压放电平台放电增容的双重功能，该盐在一次锂电池的非水电解液中发挥锂离子导电的基本功能，在电池放电过程中，其阴离子能在正极上直接发生多电子还原反应，显著提供额外放电容量。实验结果显示，本发明能显著提高一次锂电池放电容量和能量密度。

技术领域

本发明属于电化学功能材料和先进电源技术领域，涉及锂电池，尤其是一次锂电池，具体涉及一种非水电解液在一次锂电池中的应用，以提高一次锂电池的放电容量，从而增加一次锂电池的能量密度。

背景技术

电池作为一种电化学储能装置，通过其正、负极在相互隔离的物理空间处分别发生电化学还原、氧化反应，实现向外电路提供电子，将化学能转化为电能，为外电路提供能量。金属锂由于理论比容量高(3860mAh/g)、摩尔质量小(6.94g/mol)、密度小(0.534g/cm³)、以及电化学还原电势低(-3.040vs.标准氢电极)等突出优点，已被广泛用作高比能一次锂电池(也称为，锂原电池)的负极材料。一次锂电池是一类以金属锂为负极且仅考虑化学能单向转化为电能的电池体系(即,不考虑电化学反应的可逆性)。一次锂电池主要由四大关键材料体系组成，包括金属锂负极、正极活性材料(如,亚硫酰氯(SOCl₂)、氟化碳(CF_x,x＝0.8～1)、SO₂、硫酰氯(SO₂Cl₂)、MnO₂、V₂O₅、CuS、CuO、Ag₂CrO₄、FeS₂等)、隔膜和非水电解液；其中，非水电解液由导电锂盐(如,LiBF₄、LiClO₄、三氟甲基磺酸锂(LiCF₃SO₃)、LiAlCl₄、LiPF₆等)和非水溶剂(如,碳酸丙烯酯(PC)、乙二醇二甲醚(DME)、1,3-二氧戊环(DOL)等)组成[参见:M.Ue,Current Opinion in Electrochemistry,2019,17,106-113；T.B.Reddy(Ed.),Linden's Handbook of Batteries,4th Edition,McGraw-Hill,2010]。一次锂电池因其使用方便、输出电压稳定、特别是能量密度比二次锂电池(也就是,可充电锂电池)高等优点，即使在二次电池广为普及的市场上，仍然获得了广泛应用，如，作为长寿命电源(3～10年)，广泛应用于汽车胎压监测装置、高速公路ETC卡、汽车遥控钥匙、电子手表、电脑主板等。特别是，高能量密度的锂氟化碳(即,Li||CF_x,x＝0.8～1)一次锂电池，作为化学电源，由于具有质量轻、体积小等优点，在受质量、体积制约的深空深海探测、无人机、单兵装备等领域，其应用更是具有不可替代性[参见:吕殿君等,电源技术,2018,42(1),147-148,164；汪静等,航天器环境工程,2020,37(2),161-165；乔学荣等,深空探测学报,2020,7(1),87-92；刘春娜,电源技术,2012,36(5),624-625]。