[发明专利]卤化取代咪唑作为氧化还原媒介的应用、电解液和锂氧电池

说明书

本发明属于电池技术领域，特别涉及一种卤化取代咪唑作为氧化还原媒介的应用、电解液和锂氧电池。本发明提供了一种卤化取代咪唑作为氧化还原媒介，在锂氧电池中的应用。在本发明所述应用中，卤化取代咪唑作为氧化还原媒介，可以有效促进Li₂O₂的生成和加速Li₂O₂的分解效率，降低锂氧电池过电势，而且可以在锂金属负极表面原位生成固体电解质界面膜保护层，从而抑制“穿梭效应”，提高锂氧电池的循环寿命。实施例表明，以本发明提供的卤化取代咪唑为氧化还原媒介得到的锂氧电池循环寿命长、充电电压低。

技术领域

本发明属于电池技术领域，特别涉及一种卤化取代咪唑作为氧化还原媒介的应用、电解液和锂氧电池。

背景技术

锂氧电池是一种用锂作负极，以氧气作为正极反应物的电池，具有超高的理论能量密度，但是由于锂金属负极稳定性较差，放电产物 (Li₂O₂)的本征分解反应动力学迟缓，氧气正极可逆性差等问题，导致锂氧气电池的过电势较大、循环稳定性和倍率性能差。

催化剂可以在一定程度上改善锂氧气电池较大的过电势的问题，但固相催化剂的活性位点被绝缘的Li₂O₂覆盖后，三相界面尤其是固 /固界面的电荷传输受阻，催化能力会受到严重制约。氧化还原媒介 (redox mediator,RM)的研发被认为可以避免这一问题。在电池循环过程中，作为空穴剂的RM首先发生电化学反应，生成还原性的RM^-或氧化性RM⁺(或)，其通过电解质扩散并进一步化学还原或氧化Li₂O₂，将固/固界面的电荷传输有效地转移为固/液界面的电荷传输，可以降低氧气电极的界面穿荷阻抗，降低反应活化能，促进催化反应不断进行，从而达到减小电池极化、提高电池充放电容量和循环稳定性的目的。

然而，RM^-和RM⁺不可避免地会由正极迁移到锂负极表面与锂负极发生副反应，即发生“穿梭效应”，这将会导致RM的持续消耗和金属锂的腐蚀，直接导致电池的能量衰减，甚至电池失效。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种卤化取代咪唑作为氧化还原媒介的应用，卤化取代咪唑可以有效促进Li₂O₂的生成和加速Li₂O₂的分解效率，降低锂氧电池过电势，而且可以在锂金属负极表面原位生成固体电解质界面膜保护层，从而抑制“穿梭效应”，提高锂氧电池的循环寿命。

为了实现上述发明的目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种卤化取代咪唑作为氧化还原媒介，在锂氧电池中的应用。

优选的，所述卤化取代咪唑的分子结构包括取代咪唑正离子和卤素离子；

所述取代咪唑正离子为咪唑中的氢被取代基取代；所述取代基包括烷基、氰基、苯、苯的衍生物和咪唑的衍生物中的一种或多种。

优选的，所述取代咪唑正离子具有如下结构中的任意一种：

优选的，所述卤素离子为碘离子或溴离子。

本发明还提供了一种用于锂氧电池中的电解液，所述电解液包括卤化取代咪唑、锂盐和质子惰性溶剂；所述卤化取代咪唑为上述技术方案所述的卤化取代咪唑。

优选的，所述卤化取代咪唑在电解液中的浓度为0.001～2.5mol/L。

优选的，所述锂盐包括双三氟甲烷磺酰亚胺锂、硝酸锂、高氯酸锂、六氟磷酸锂、三氟甲基磺酸锂和二氟草酸硼酸锂中的一种或几种。

优选的，所述锂盐在电解液中的浓度为0.01～4.8mol/L。