[发明专利]一种氟代醚类溶剂与电解液在储能电池中的应用

说明书

本发明提供了应用于储能电池尤其是锂金属电池的一种氟代醚类溶剂与电解液，所述氟代醚类溶剂具有式I所示结构。本发明通过在醚类分子链的两端至少引入一个氟原子，保证氟代醚分子具有优异溶解盐的能力，并且氟原子的引入能有效降低醚氧的电子云密度来提高醚分子的氧化稳定性，实现了高电压锂金属电池的优异循环稳定性；同时，局部强极性的氟化端基能与盐的阳离子产生作用来提高电解液的离子电导率，提升了高电压锂金属电池的快速充放电性能。

技术领域

本发明属于储能电池技术领域，尤其涉及一种在储能锂金属电池中应用的氟代醚类溶剂与电解液。

背景技术

当前，锂离子电池在众多储能电池中具有较强的竞争力，然而采用石墨负极的锂离子电池由于其有限的能量密度而无法满足各类高性能电动设备的需求。近年来，使用具有高比容量(3860mAh g^-1)和低电位(与标准氢电极相比为-3.04V)的锂金属作为负极的锂金属电池被视为最有前途的下一代储能电池之一。然而，高活性的锂金属负极基本上与所有可用的电解液发生反应，导致库仑效率低、循环性能差以及锂枝晶生长。此外，锂金属电池需要高电压和高容量的正极材料如富含镍的NMC811正极材料，以最大限度地提高全电池的能量密度。但是，随着NMC811截止充电电压的增加，正极和电解液之间的副反应十分严重，并诱发更快的容量衰减。因此，正负极和电解液之间的界面不稳定性对于高能量密度锂金属电池的开发和商业化具有重要意义。

为了缓解上述问题，开发醚基电解液特别是高浓度或局域高浓度电解液，被认为是实现高电压NMC811锂金属电池循环稳定性的有效途径之一，但是即使在高浓度或局域高浓度电解液中依然存在部分醚自由分子，不稳定的醚分子的分解可能会对高电压锂金属电池的电化学性能产生显着影响。另外，高浓度或局域高浓度电解液的本征离子电导率低也影响锂金属电池的快速充放电性能。因此，现有的醚基电解液依然无法在锂金属电池中得到实际的应用。

同样的问题也存在于基于有机电解液的高电压锂离子电池、钠金属(或离子)电池、钾金属(或离子)电池、镁金属电池和锌金属电池储能体系。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供应用于储能电池尤其是锂金属电池的一种氟代醚类溶剂与电解液，本发明提供的氟代醚溶剂具有高溶解盐的能力和氧化稳定性，使醚基电解液的抗氧化能力和快速充放电能力得到明显提升，进一步提升了醚类电解液在实用性锂金属电池的应用。

本发明提供了一种氟代醚类溶剂，所述氟代醚类溶剂具有式I所示结构：

式I中，n₁、n₂和n₃的取值独立的为1～3，X＝H或F。

优选的，所述氟代醚类溶剂选自双(2-氟乙氧基)乙烷。

本发明还提供了一种上述氟代醚类溶剂的制备方法，包括以下步骤：

将氯代醚、金属氟化物和醇混合，进行反应，得到反应产物；

将反应产物经过过滤、萃取以及减压蒸馏，得到氟代醚类溶剂。

优选的，所述氯代醚为双(氯甲氧基)甲烷、双(2-氯乙氧基)甲烷、双(氯甲氧基)乙烷、双(2-氯乙氧基)乙烷、双(氯甲氧基)丙烷、双(2-氯乙氧基)丙烷、1-氯-2-(甲氧基甲氧基)乙烷、(甲氧基甲氧基)氯甲烷、2-甲氧基乙氧基甲基氯、1-(2-氯乙氧基)-2-甲氧基乙烷、1-(2-氯乙氧基)-2-乙氧基乙烷中的一种；

所述金属氟化物为氟化锂、氟化钠、氟化钾、氟化铯中的一种或几种；

所述醇为乙二醇、聚乙二醇、缩二乙二醇、三缩四乙二醇中的一种或几种。

优选的，所述反应的温度为80～200℃，时间为2～16小时；

所述氯代醚和金属氟化物的摩尔比为1:1～1:10；