[发明专利]一种碱金属电池使用的电解质及其制备和应用

说明书

本发明属于碱金属(Li、Na、K)电池使用的电解质技术领域，具体一种碱金属电池使用的电解质及其制备和应用。所述电池电解质为液态或固态电解质，电解质中盐为阴离子含氰基的盐中的一种或几种；或，阴离子含氰基的盐中的一种或几种和一种或几种的常规锂盐混合；其中，含氰基盐占电解质质量的0.1％‑80％。本发明电解质的盐中阴离子的多氰基结构可以在正极表面形成一层稳定的正极界面膜(CEI膜)来抑制电解质的氧化分解，同时阴离子中的氰基还可以在负极界面还原形成一层有利的负极界面膜(SEI膜)来抑制电解质的还原分解；CEI/SEI膜中多氰基结构有利于发挥多氰基的协同传导离子的作用，这有利于界面膜中的离子的传输，有利于CEI/SEI电导率的提高。

技术领域

本发明属于碱金属(Li、Na、K)电池使用的电解质技术领域，具体一种碱金属电池使用的电解质及其制备和应用。

背景技术

IA族元素电池(目前主要为Li、Na、K电池)具有安全性高、体积能量密度高、环境友好等优点，目前已有很多IA族锂、钠电池的商业化。然而，目前的电池的电解液在正极界面稳定性不够高，难以与高电压的正极匹配，进而限制了电池能量密度的发挥。同时，现有的Li、Na、K电解液与负极的兼容性也很差，电解液会在负极分解形成一层不稳定界面膜或非活性钝化膜。正是这种正负极兼容的电解液的缺乏限制了高能量密度Li、Na、K电池的发展。

因此，开发与正负极兼容的电解液变得十分迫切和必要。目前开发与正负极兼容的电解液主要有两类方法：一类方法是通过加入添加剂在电池正负极界面分别形成一层界面(CEI/SEI)膜。发明专利CN 111313092A公布了一种含氰基的添加剂，发明专利CN106033824A公布了一种含氰基的醚类添加剂，添加剂在电解液中的质量分数为0.5-3％。添加剂为中性分子，在构筑界面膜时会消耗已有的锂离子，进而会导致电池性能的下降；且常规的含氰基添加剂中只有一个氰基，或即使含有多个氰基，氰基基团的距离比较远，不利于离子的传输，进而不利于电池容量的发挥。另一类改善正负极界面的方法是改变电解液的配方，即改变溶剂或盐的组成。其中，电解液的溶剂配方已经比较完善，引入新的添加剂会因新官能团与其它官能团相互作用导致溶剂化能力的下降。相比之下，改变盐种类的方法是一条有效的途径，原因是盐的量比较大，不会消耗电极中已有的锂离子，同时对盐进行官能团的修饰也不会对其溶剂化能力及黏度带来很大的影响。重要的是，盐中新引入的官能团可以在正负极界面形成有利的界面(CEI/SEI)膜；而且常规的锂盐中不含多氰基相邻的官能团，不利于界面膜中离子的传输；同时很多常规锂盐也会腐蚀集流体。

因此，为了实现电解液与正负极的兼容性，需要提供一种新的电解液。

发明内容

本发明目的在于提供一种碱金属电池使用的电解质及其制备和应用。

为实现上述目的，本发明采用技术方案为：

一种碱金属电池使用的电解质，碱金属电池包括液态或固态，电解质中盐为阴离子含氰基的盐中的一种或几种；或，阴离子含氰基的盐中的一种或几种和一种或几种的常规盐混合；其中，阴离子含氰基盐占电解质质量的0.1-80％；

所述阴离子含氰基的盐的结构选自化学式1所示，

M可选自Li或Na或K；

X选自B、C、N、O、Al、P或As；

Y可相同或不同的选自与X成键的原子或官能团，可相同或不同的选自卤素、O、S、CN、OS(＝O)₂或NR₁；当Y为卤素或CN时无R基团，且，至少一个Y不为卤素或CN；多个Y可分别相同或不同。

p为1-6的整数，p的取值使阴离子显负一价；