[发明专利]一种不可燃锂硫或钠硫电池电解液及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电化学技术领域，尤其涉及一种不可燃锂硫或钠硫电池电解液及其制备方 法。

背景技术

锂硫或钠硫电池是以金属锂作为负极，硫元素作为电池正极的一种锂电池。根据单位 质量的单质硫完S^2-所能提供的电量可得出硫的理论放电质量比容量为1675mAh/g，理论能 量密度约2600Wh·kg^-1，远远高于商业上广泛应用的常规锂离子电池(能量密度约150 Wh·kg^-1)。且硫对环境基本没有污染，且价格便宜，有望成为未来的高能量密度、长寿命 的二次电池。

但是锂硫或钠硫电池在实际应用中存在着许多的问题需要去解决，如充放电时的体积 变化、材料的导电性锂枝晶以及中间产物的穿梭效应等影响电池循环性和安全性的问题等。

和传统的锂电池或钠电池一样，锂硫或钠硫电池在滥用的情况下，会发生着火、燃烧 甚至是爆炸等一些安全性的问题。电解液作为电池的重要主成部分之一，也是造成电池安 全性问题的重要因素。锂硫或钠硫电池电解液大多采用醚类有机溶剂，如二氧五环、1，3-二 氧六环、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚或四乙二醇二甲醚等，或碳酸酯类有机溶剂，如 碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯等，这些溶剂存在沸点低、易燃、易爆等缺陷。

发明内容

为解决现有技术的缺陷，本发明提供了一种不可燃锂硫或钠硫电池电解液及其制备方 法，能够提高锂硫或钠硫电池安全性。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种不可燃锂硫或钠硫电池电解液，包括醚类有机溶剂、锂盐或钠盐及阻燃添加剂， 所述阻燃添加剂的质量分数为5％～60％，所述阻燃添加剂为六氟环三磷腈，其结构式为：

本发明采用六氟环三磷腈作为阻燃添加剂，六氟代环三磷腈具有P和F两种阻燃元 素，具有协同作用，可降低添加剂用量，可提高阻燃效率；同时F元素的存在有助于电极 界面形成优良的SEI膜，改善电解液和活性材料间的相容性，F元素还可以削弱分子间的 粘性力，使得分子，离子的迁移阻力减小，进而降低粘度，改善电解液电导率。

六氟环三磷腈和醚类有机溶剂的沸点较低，容易挥发，导致电池易燃易爆，本发明中 六氟环三磷腈中P和F两种阻燃元素直接相连，可以增加六氟环三磷腈和醚类有机溶剂之 间的结合力，降低了六氟环三磷腈和醚类有机溶剂的挥发性，从而进一步提高电池的安全 性。

优选的，所述醚类有机物为二氧五环、1,3-二氧六环、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚 或四乙二醇二甲醚中的一种或其混合物。

优选的，所述锂盐为LiPF₆、LiBF₄、LiCH₃SO₃、LiCF₃SO₃、LiAsF₆、LiClO₄、LiBOB 及LiN(CF₃SO₂)₂中的一种或其混合物。

优选的，所述钠盐为NaPF₆、NaBF₄、NaCH₃SO₃、NaCF₃SO₃、NaAsF₆、NaClO₄、NaBOB 及NaN(CF₃SO₂)₂中的一种或其混合物。

优选的，所述电解液中锂盐或钠盐的浓度为0.5mol/L～10.0mol/L。能够增加电解液的导 电性能。

上述不可燃锂硫或钠硫电池电解液的制备方法，将锂盐或钠盐溶于醚类有机溶剂中， 再加入六氟环三磷腈，充分混合即得不可燃锂硫或钠硫电池电解液，其中，电解液中六氟 磷腈的质量分数为5％～60％。本发明制备方法简单，适于工业化生产。

优选的，其制备方法如下：

(1)将六氯环三磷腈氟化制备六氟环三磷腈；

(2)将锂盐或钠盐溶于醚类有机溶剂中充分混合，得到溶液A；

(3)将步骤(1)制备的六氟环三磷腈加入至溶于A中，即得不可燃锂硫或钠硫电池电 解液。