[发明专利]分子机器及其制备方法、电解液、锂离子电池

说明书

本发明涉及电池材料技术领域，特别涉及一种分子机器及其制备方法、电解液、锂离子电池，该分子机器包括功能基元A和功能基元B；所述功能基元A具有卤键给体，所述功能基元B具有卤键作用受体；所述功能基元A与功能基元B通过分子间多重卤键相结合；所述功能基元A和/或功能基元B含有基本功能基团，所述基本功能基团包括含氮官能团、含磷官能团、醚键或双键。本发明还提供了该分子机器的制备方法、电解液及锂离子电池。

【技术领域】

本发明涉及电池材料技术领域，其特别涉及一种分子机器及其制备方法、电解液、锂离子电池。

【背景技术】

锂电池是一类重要的电能源器件，是未来无人装置和智能设备重要的动力和算力能源保障。然而，锂电池在一些极端环境或特种工况下，如极高温、极低温、过充、过放、大电流充/放电等，锂电池会发生产气、起火、爆炸等安全失效事故，并且性能衰减的概率急剧提升。而锂电池的电解液在极端环境或特种工况下稳定性不足，是造成上述安全、性能失效风险的主要原因之一。

【发明内容】

为了解决锂电池的电解液在极端环境或特种工况下稳定性不足的问题，本发明提供一种分子机器及其制备方法、电解液、锂离子电池。

本发明为解决上述技术问题，提供一种分子机器，包括功能基元A和功能基元B；

所述功能基元A具有卤键给体，所述功能基元B具有卤键作用受体；所述功能基元A与功能基元B通过分子间多重卤键相结合；

所述功能基元A和/或功能基元B含有基本功能基团，所述基本功能基团包括含氮官能团、含磷官能团、醚键或双键。

优选地，所述卤键作用受体为F、Cl、Br或I；所述卤键给体为N或O。

优选地，所述基本功能基团包括碳酸酯、羧酸酯、酰胺或脲基。

优选地，所述功能基元A的化学式为

；

所述功能基元B为全氟己酮或全氟辛酮。

本发明还提供一种上述分子机器的制备方法，包括通过酰胺化反应、磷脂化反应和/或羧酯化反应合成得到功能基元A，提供功能基元B与功能基元A溶于溶液中进行自组装即可得到所需的分子机器。

优选地，所述功能基元A的合成具体为：

。

本发明还提供一种电解液，包括基础电解液和电解液添加剂，所述电解液添加剂为上述的分子机器。

优选地，所述电解液添加剂所占重量分数为1-50%。

本发明还提供一种锂离子电池，包括上述的电解液。

优选地，所述锂离子可在-90~80℃范围内正常工作，-90℃放电容量保有率≥30%；且自主阻燃自熄时间≤1s/g，5C放电容量保有率≥80%。

与现有技术相比，本发明所提供的分子机器，功能基元之间通过分子间多重卤键相结合，可实现对温度、电化学势、电场等多种物理场的智能响应，以及响应特性的解耦调控，尤其适合用作锂电池的电解液添加剂。例如，过热情况下，分子机器发生构象变化，引起性质变化，避免电池因过热而失火等问题；低温情况下，分子机器发生构象变化，保障低温电导性能，提升锂电池的耐低温性能；发生过充时，分子机器发生结构调整，避免电解液分解或者锂枝晶等问题；发生过放时，分子机器调整其电荷分布，防止正负极材料造成结构崩塌；当锂电池达到起火临界条件时，分子机器发生结构调整，防止电池失火；大电流工况下，分子机器发生极性变化，防止电池因电流过大而发热的情况。而基本功能基团则是能保障电解液的基本功能，如解离锂盐、浸润性、阻燃或成膜等。

【附图说明】

图1是本发明中分子机器构筑的示意图。

【具体实施方式】