一种适用于碱金属电池的电解质和应用

1.本发明属于碱金属(li、na、k)电池使用的电解质技术领域，具体一种适用于碱金属电池的电解质和应用。


背景技术：

2.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。
3.因此，开发与正负极兼容的电解液变得十分迫切和必要。在电解液中引入功能添加剂是一种行之有效的方法。电解液中含有少量的水或电池循环过程中因电解液分解产生的少量的水难以除去，这会造成电池性能的恶化。另一方面，电池循环过程中过渡金属离子会从正极溶出迁移到负极，这不仅会导致正极结构的破坏，而且正极迁移溶出的过渡金属离子迁移到负极会还原毒化负极材料，造成电池容量的损失。氰基基团可以通过与过渡金属配位的形式用于抑制过渡金属的溶出。但常规的添加剂分子中氰基基团的个数较少抑制过渡金属溶出的效果有限。虽然少量分子含有多个氰基但由于相隔较远或离其他容易断键的官能团较远难以发挥多氰基官能团的协同作用。因此，为了实现电解液与正负极的兼容性，需要提供一种新的含多氰基硅基化合物电解液。


技术实现要素：

4.本发明目的在于提供一种适用于碱金属电池的电解质和应用。
5.为实现上述目的，本发明采用技术方案为：
6.一种适用于碱金属电池的电解质，碱金属电池包括液态或固态，所述电池电解质中添加中性添加剂；中性添加剂占电解质质量分数0.1％-10％，所述中性添加剂为式1化合物和/或多个式1组成的化合物中的一种或几种(即，中性添加剂为式1化合物中的一种或几种，或，多个式1中任意两个r通过键相连组成的化合物中的一种或几种(即)，或，一种或几种式1化合物和一种或几种多个式1中任意两个r通过健相连组成的化合物；
7.8.x选自键、b、n、al、p、si或as；即，当x为键时，y1和y2直接相连；
9.y1和y2可相同或不同的选自键、o、s、se、s(＝o)2或os(＝o)2；即，y1和y2可相同或不同的选自键时，当y1为键时，x直接与r相连，当y2为键时，x直接与si相连；当y1和y2为键时，x左侧与r相连，右侧直接与si相连；
10.同时若，y1、y2和x为键时，与r1、r2、r3相连的si直接与r相连；
11.m、n均为为1-4的整数，m、n的取值使添加剂显0价，n或m大于1时，多个y1和多个y2分别可相同或不同；
12.r为未取代或被至少两个氰基取代的c
1-c
20
的烷基、未取代或被至少两个氰基取代的c
3-c
20
的环烷基；当m大于1时，多个r分别可相同或不同，任选相邻的r还可通过键相连，且，至少一个r选自被至少两个氰基取代的c
1-c
20
的烷基、c
3-c
20
的环烷基(即，两个y1可相同或不同)；
13.r1、r2、r3可相同或不同的选自c
1-c
20
的脂肪族烷烃。
14.优选，所述式1中，r为未取代或被至少两个氰基取代的c
1-c8的烷基、c
3-c6的环烷基，或，任选相邻的r还可通过键相连，且，至少一个r选自被至少两个氰基取代的c
1-c8的烷基、c
3-c6的环烷基。
15.进一步优选，所述式1中，r为未取代或被至少两个氰基取代的c
1-c8的烷基，或，任选相邻的r还可通过键相连，且，至少一个r选自被至少两个氰基取代的c
1-c8的烷基；y1为键(即，r直接与x相连)，即，多个r可与x成环。
16.所述碱金属电池电解质为液态电解质、全固态聚合物电解质、全固态有机-无机复合电解质、全固态无机电解质、凝胶电解质。
17.所述液态电解质包含盐、非水有机溶剂、所述中性添加剂；所述非水有机溶剂占电解质质量分数为5％～80％，盐占电解质质量分数为1％～60％，中性添加剂占电解质质量分数为0.1％～10％。
18.其中盐选自mpf6、masf6、mclo4、mtfsi、mfsi、mbob、mdfob、mbf4中的一种或几种；其中的m选自锂、钠、钾；其中非水有机溶剂为含有碳酸酯类溶剂、醚类溶剂及其它溶剂中的一种或几种组合；碳酸酯类溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙丙酯中的一种或几种；醚类溶剂选自乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四氢呋喃、呋喃、噻吩、二氧戊环、六氢吡喃中的一种或几种；其它溶剂为乙腈、吡啶、六氢吡啶、吡咯、四氢吡咯、γ-丁内酯中的一种或几种；
19.所述全固态聚合物电解质包括聚合物、盐、所述中性添加剂；所述聚合物占电解质质量分数为5％～80％，盐占电解质质量分数为1％～60％，中性添加剂占电解质质量分数为0.1％～10％。
20.其中聚合物为碱金属电池本领域聚合物电解质常用的聚合物，优选自聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚酯、聚醚、聚磷腈、聚氨酯、聚砜、聚甲醛、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚硫、聚偏氟乙烯、聚磷酸酯、聚丙烯酸酯、聚醚酯、聚二氧戊环、聚丙烯亚胺、聚四氟乙烯、聚六氟丙烯、含杂原子的聚乙烯、含杂原子的聚丙烯、聚硅氧烷或它们的嵌段共聚物或接枝聚合物或无规共聚物中的一种或几种；其中盐选自mpf6、masf6、mclo4、mtfsi、mfsi、mbob、mdfob、mbf4中的一种或几种；其中的m选自锂、钠、钾；
21.所述全固态有机-无机复合电解质包括聚合物、无机快离子导体、所述中性添加剂，也可包含盐；所述聚合物质量分数为5％～80％，无机快离子导体占电解质质量分数为1％-60％，盐占电解质质量分数为1％～60％，中性添加剂占电解质质量分数为0.1％～10％。
22.其中聚合物为碱金属电池本领域聚合物电解质常用的聚合物，优选自聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚酯、聚醚、聚磷腈、聚氨酯、聚砜、聚甲醛、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚硫、聚偏氟乙烯、聚磷酸酯、聚丙烯酸酯、聚醚酯、聚二氧戊环、聚丙烯亚胺、聚四氟乙烯、聚六氟丙烯、含杂原子的聚乙烯、含杂原子的聚丙烯、聚硅氧烷或它们的嵌段共聚物或接枝聚合物或无规共聚物中的一种或几种；其中无机快离子导体为碱金属电池本领域固态电解质常用的快离子导体，优选自li
3a
la
(2/3)-a
tio3(0.04《a《0.14)、li
3+a
xay
1-a
o4(x＝si、sc、ge、ti；y＝p、as、v、cr；0《a《1)、lizr2(po4)3、li7la3zr2o
12
、li
1+a
alatibge
2-a-b
(po4)3(0《a《1；0≤b《2)、li3ocl、li3ocl
0.5
br
0.5
、li
10
gep2s
12
、li
14
zn(geo4)4、li5la3m2o
12
(m＝ta、nb)、li
5.5
la3nb
1.75
in
0.25o12
、li3n-lix(x＝cl、br、i)、li
9-na
man2cl3(m＝na、k、rb、cs、mg、al；0《a《0.2；0《n《10)、3li3n-mi(m＝li、na、k)、lipon、li2s-msa(m＝al、si、p；1《a《3)、na3ps4、na3pse4、na3sis4、libh
4-lii中的一种或几种；其中盐选自mpf6、masf6、mclo4、mtfsi、mfsi、mbob、mdfob、mbf4中的一种或几种；其中的m选自锂、钠、钾；
23.所述全固态无机电解质包括无机快离子导体、所述中性添加剂，也可包括盐；所述无机快离子导体占电解质质量分数为5％-80％，盐占电解质质量分数为1％～80％，中性添加剂占电解质质量分数为0.1％～10％；
24.其中无机快离子导体为碱金属电池本领域固态电解质常用的快离子导体，优选自li
3a
la
(2/3)-a
tio3(0.04《a《0.14)、li
3+a
xay
1-a
o4(x＝si、sc、ge、ti；y＝p、as、v、cr；0《a《1)、lizr2(po4)3、li7la3zr2o
12
、li
1+a
alatibge
2-a-b
(po4)3(0《a《1；0≤b《2)、li3ocl、li3ocl
0.5
br
0.5
、li
10
gep2s
12
、li
14
zn(geo4)4、li5la3m2o
12
(m＝ta、nb)、li
5.5
la3nb
1.75
in
0.25o12
、li3n-lix(x＝cl、br、i)、li
9-na
man2cl3(m＝na、k、rb、cs、mg、al；0《a《0.2；0《n《10)、3li3n-mi(m＝li、na、k)、lipon、li2s-msa(m＝al、si、p；1《a《3)、na3ps4、na3pse4、na3sis4、libh
4-lii中的一种或几种；其中盐选自mpf6、masf6、mclo4、mtfsi、mfsi、mbob、mdfob、mbf4中的一种或几种；其中的m选自锂、钠、钾；
25.所述凝胶电解质包括聚合物、盐、非水有机溶剂、所述中性添加剂，也可包括无机快离子导体；所述聚合物占电解质质量分数为5％～80％，无机快离子导体占电解质质量分数为5％-60％，非水有机溶剂占电解质质量分数为5％-80％，盐占电解质质量分数为1％～60％，中性添加剂占电解质质量分数为0.1％～10％。
26.其中聚合物为碱金属电池本领域聚合物电解质常用的聚合物，优选自聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚酯、聚醚、聚磷腈、聚氨酯、聚砜、聚甲醛、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚硫、聚偏氟乙烯、聚磷酸酯、聚丙烯酸酯、聚醚酯、聚二氧戊环、聚丙烯亚胺、聚四氟乙烯、聚六氟丙烯、含杂原子的聚乙烯、含杂原子的聚丙烯、聚硅氧烷或它们的嵌段共聚物或接枝聚合物或无规共聚物中的一种或几种；其中盐选自mpf6、masf6、mclo4、mtfsi、mfsi、mbob、mdfob、mbf4中的一种或几种；其中的m选自锂、钠、钾；其中无机快离子导体为碱金属电池本领域固态电解质常用的快离子导体，优选自li
3a
la
(2/3)-a
tio3(0.04《a《0.14)、li
3+a
xay
1-a
o4(x＝si、sc、ge、ti；y＝p、as、v、cr；0《a《1)、lizr2(po4)3、li7la3zr2o
12
、li
1+a
alatibge
2-a-b
(po4)3(0《a《1；0
≤b《2)、li3ocl、li3ocl
0.5
br
0.5
、li
10
gep2s
12
、li
14
zn(geo4)4、li5la3m2o
12
(m＝ta、nb)、li
5.5
la3nb
1.75
in
0.25o12
、li3n-lix(x＝cl、br、i)、li
9-na
man2cl3(m＝na、k、rb、cs、mg、al；0《a《0.2；0《n《10)、3li3n-mi(m＝li、na、k)、lipon、li2s-msa(m＝al、si、p；1《a《3)、na3ps4、na3pse4、na3sis4、libh
4-lii中的一种或几种；其中非水有机溶剂为含有碳酸酯类溶剂、醚类溶剂及其它溶剂中的一种或几种组合；碳酸酯类溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙丙酯中的一种或几种；醚类溶剂选自乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四氢呋喃、呋喃、噻吩、二氧戊环、六氢吡喃中的一种或几种；其它溶剂为乙腈、吡啶、六氢吡啶、吡咯、四氢吡咯、γ-丁内酯中的一种或几种。
27.一种适用于碱金属电池的电解质的应用，所述电解质在碱金属电池中作为电解质中的应用。
28.所述碱金属电池为固态或液态电池。
29.所述碱金属电池负极为碱金属金属、碱金属金属与其他金属的合金、石墨、硬碳、二硫化钼、钛酸m、石墨烯和硅碳负极中的一种；
30.所述正极材料可以是含硫正极、含硒正极、硫硒复合正极、钴酸m、磷酸铁m、磷酸锰铁m、锰酸m、镍锰酸m、镍钴锰酸m、镍钴铝酸m、磷酸钒m中的一种或多种，m为li或na或k。
31.本发明所具有的优点：
32.本发明电解质的添加剂的中性分子中多氰基结构可以在正极界面形成一层稳定的正极界面膜(cei膜)来抑制电解液的氧化分解，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，同时含硅基团可以与电解液中微量的水反应除去水；含氰基的官能团距离式一中的y1基团近，有利于其发挥离子传输作用；cei/sei膜中多氰基结构有利于离子的传输，有利于cei/sei电导率的提高。尤其，当两个r相连时，添加剂的分解产物在正负极表面可形成含多氰基的螯合结构，含螯合的基团可以螯合吸附在正负极表面抑制副反应的发生和正极过渡金属的溶出，其中的多氰基基团可以通过吸附作用来促进离子的传输。
33.本发明提供的通式1所示的中性分子，其阴离子的x原子为b、n、al、p或as中的一种，可以在正负极界面中构筑包含有利于界面稳固和离子传导的成分，也可以参与有利cei/sei膜的构筑。
附图说明
34.图1实施例1使用和不使用添加剂的电池性能
35.图2实施例6使用和不使用添加剂的电池性能
36.图3实施例8使用和不使用添加剂的电池性能
具体实施方式
37.以下结合实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用以限定本发明。
38.本发明电解质中所述结构式1的中性分子含有多氰基，使得阴离子在电池正负极表面形成一层导离子的含氰基/氮官能团元素的cei/sei膜，这有利于li、na、k的沉积溶出；
结构式1中同时含有硅基这有利于电解液中微量水的除去，最终得到优异循环性能的电池。
39.实施例1
40.取0.01g的如下结构化合物于1ml的1.0m的lipf6的ec/dmc(体积比1/1)中配成电解液，组装licoo2扣式电池(电池负极为锂金属，正极为licoo2，隔膜为pp2500；参考文献chem.sci.,2018,3451)，然后将该电池在室温条件下进行长循环测试(参见图1)，充放电倍率为0.2/0.3c，电压范围为2.9-4.3v，进行100圈长循环之后容量保持率为92％。相比之下，不用添加剂的电池100圈后容量保持为75％。
[0041][0042]
实施例2
[0043]
取0.02g的如下结构图多氰基离硅基近的化合物于1ml的1.0m的lipf6的pc中配成电解液，组装licoo2扣式电池(电池负极为锂金属，正极为licoo2，隔膜为pp2500)，然后将该电池在室温条件下进行长循环测试，充放电倍率为0.1/0.3c，电压范围为3.0-4.4v，进行100圈长循环之后容量保持率为96％，同时以不添加添加剂作为对照，100圈后容量保持率为77％。
[0044][0045]
实施例3
[0046]
取0.02g的如下结构图多氰基离硅基近的化合物于1ml的1.0m的lipf6的pc中配成电解液，组装licoo2扣式电池(电池负极为锂金属，正极为licoo2，隔膜为pp2500)，然后将该电池在室温条件下进行长循环测试，充放电倍率为0.1/0.3c，电压范围为3.0-4.4v，进行100圈长循环之后容量保持率为91％。
[0047][0048]
实施例4
[0049]
取0.03g的如下图结构两个氰基连于同一碳原子的化合物于1ml的2.0m的litfsi的pc中配成电解液，注入2032型扣式电池(电池负极为石墨，正极为licoo2，隔膜为pp2500)，然后将该电池在60℃条件下进行长循环测试，充放电倍率为0.5/0.5c，电压范围为3.0
ꢀ‑
4.3v，进行120圈长循环之后容量保持率为94％，同时以不添加添加剂作为对照，100圈后容量保持率为72％。
[0050][0051]
实施例5
[0052]
取0.03g的如下图结构两个氰基连于同一碳原子的化合物于1ml的2.0m的litfsi的pc中配成电解液，注入2032型扣式电池(电池负极为石墨，正极为licoo2，隔膜为pp2500)，然后将该电池在60℃条件下进行长循环测试，充放电倍率为0.5/0.5c，电压范围为3.0
ꢀ‑
4.3v，进行120圈长循环之后容量保持率为86％。
[0053]
由实施例5和上述实施例4可见，添加本发明特定添加剂，其具有更好的电池性能效果，同时在含氰基短链取代基(即，氰基更接近于y1原子)的化合物形成的界面膜更有利于锂离子的传输最终有利于电池容量的发挥。
[0054][0055]
实施例6
[0056]
在氮气氛围下，取0.02g如下结构化合物于1ml的1.0m的lifsi的dme中配成电解液，注入2032型扣式电池(电池负极为锂金属，正极为lifepo4，隔膜为玻璃纤维)，然后将该电池在室温条件下进行长循环测试，充放电倍率为0.1/0.2c，电压范围为2.7
ꢀ‑
4.0v，进行100圈长循环之后容量保持率为96％。相比之下，不用添加剂的电池100圈后容量保持为83％(参见图2)。
[0057][0058]
实施例7
[0059]
将0.03g下图结构的添加剂加入到1mol/l的liclo
4-ec/dmc(体积比1/1)溶液中，利用其作为电解液，组装2032型licoo2/石墨电池，隔膜为pp2500，利用组装后电池进行性能测试；充放电电压为3.0-4.3v，充放电倍率为0.3c。可以稳定地循环120圈，放电容量为141mah/g。相比之下，不加添加剂的电解液进行120圈循环后放电容量为127mah/g。进而可见利用如下结构的添加剂可以进行锂离子电池的稳定循环。
[0060][0061]
实施例8
[0062]
取0.04g下述结构的锂盐溶于0.8mol/l的lidfob-ec/fec(体积比1:1)中，注入
2032型扣式电池(电池负极为锂金属，正极为lini
0.8
co
0.1
mn
0.1
o2，隔膜为玻璃纤维)中，在50℃条件下进行长循环测试，充放电倍率为0.3/0.5c，电压范围为3-4.3v，进行100圈长循环之后容量保持率为94％，相比之下不加添加剂的100圈之后容量保持为71％(参见图3)。
[0063][0064]
实施例9
[0065]
取0.03g如下结构化合物于1ml的1.5mol/lnadfob的pc电解液中，注入2032型扣式电池(电池负极为钠金属，正极为磷酸钒钠，隔膜为pp2500)中，在室温条件下进行长循环测试，充放电倍率为2/3c，电压范围为2.2-3.8v，进行100圈长循环之后容量保持率为96.4％，而不加该添加剂的电池进行100圈后的容量保持为83.3％。
[0066][0067]
实施例10
[0068]
取0.01g如下结构的化合物溶于1.0mol/l的kdfob乙二醇二甲醚(g2)中，注入2032型扣式电池(电池负极为钾金属，正极为普鲁士蓝，隔膜为pp2500)中，在室温条件下进行长循环测试，充放电倍率为0.4/0.5c，电压范围为2.2-4.0v，进行100圈长循环之后容量保持率为86.2％，相比之下，使用不加添加剂的电解液循环100圈之后的容量保持为71.3％。
[0069][0070]
实施例11
[0071]
在1mol/l的nafsi-ec/emc电解液中加入6wt.％的如下式a1结构的双氰基化合物进行钠电池循环，正极为普鲁士蓝，负极为锂金属。充放电倍率为0.2/0.3c，电压范围为2.5-3.8v，进行100圈长循环之后容量保持率为83.6％；相比之下，使用6wt.％如下式a2结构的单氰基化合物(对照)进行钠电池循环，100圈后容量保持为74.2％；而不用添加剂，只用nafsi-ec/emc电解液的电池循环100圈后只有57％的容量保持。原因是多氰基的化合物更有利于形成稳定的导离子界面，有利于电池容量的发挥。
[0072][0073]
实施例12
[0074]
在1mol/l的lifsi-pc电解液中加入2wt.％的如下式b1结构的双氰基化合物进行li电池循环，正极为licoo2，负极为石墨。充放电倍率为0.3/0.5c，电压范围为3.0-4.3v，进行100圈长循环之后容量保持率为97.2％；相比之下，使用2wt.％如下式b2结构的单氰基化合物(对照)进行钠电池循环，100圈后容量保持为79.6％。原因是多氰基的化合物更有利于形成稳定的导离子界面，有利于电池容量的发挥。
[0075][0076]
实施例13
[0077]
取0.04g下述结构的锂盐溶于0.8mol/l的lidfob-pc中，注入2032型扣式电池(电池负极为锂金属，正极为lini
0.5
co
0.2
mn
0.3
o2，隔膜为玻璃纤维)中，在室温条件下进行长循环测试，充放电倍率为0.2/0.3c，电压范围为3-4.3v，进行100圈长循环之后容量保持率为95％，相比之下不加添加剂的100圈之后容量保持为76％。
[0078][0079]
实施例14
[0080]
取0.01g的如下式c1结构化合物于1ml的1.0m的lipf6的ec/dmc(体积比1/1)中配成电解液，组装licoo2扣式电池，然后将该电池在室温条件下进行长循环测试，充放电倍率为0.2/0.3c，电压范围为2.9-4.3v，进行100圈长循环之后容量保持率为92％。相比之下，使用0.01g式c2添加剂的电池100圈后容量保持为87％。说明硅基添加剂官能团的除水作用也有利于电池性能的提高。
[0081][0082]
实施例15
[0083]
将2g聚碳酸丙烯酯、20g乙腈加入到100m1的试剂瓶中,然后在常温下搅拌6h,得到均一的聚碳酸丙烯酯溶液。然后将0.4glibf4加入到上述均一的溶液当中,在常温下搅拌10h,得到均匀混合溶液。将溶液均匀浇注到pet无纺膜上,在80℃真空烘箱条件下干燥12小时,干燥,得到聚碳酸丙烯酯的全固态聚合物电解质。将上述聚合物固态电解质用于组装lifepo4/li金属电池(正极负载2mg/cm2)，在70度0.2c/0.3c条件下循环40圈容量保持为88％。相同条件下，在上述聚合物中加入5％质量分数的如下结构的添加剂，40圈后容量保持为96％。
[0084][0085]
实施例16
[0086]
将3gpeo、20g乙腈加入到100m1的试剂瓶中,然后在常温下搅拌7h,得到均一的peo溶液。然后将0.6gliasf6加入到上述均一的溶液当中,在常温下搅拌17h,得到均匀混合溶液。将溶液均匀浇注到pet无纺膜上,在80℃真空烘箱条件下干燥22小时,干燥,得到peo的全固态聚合物电解质。将上述聚合物固态电解质用于组装licoo2/li金属电池(正极负载3.5mg/cm2)，在60度0.1c/0.1c条件下循环70圈容量保持为90％。相同条件下，在上述聚合物中加入2％质量分数的如下结构的添加剂，70圈后容量保持为95％。
[0087][0088]
实施例17
[0089]
将2g聚偏氟乙烯、200gdmf加入到300m1的试剂瓶中,然后在常温下搅拌30h,得到均一的聚偏氟乙烯溶液。然后将0.5g三氟甲磺酸锂加入到上述均一的溶液当中,在常温下搅拌5h,得到均匀混合溶液。将溶液均匀浇注到pet无纺膜上,在80℃真空烘箱条件下干燥12小时,干燥,得到聚偏氟乙烯的全固态聚合物电解质。将上述聚合物固态电解质用于组装ncm811/li金属电池(正极负载4.3mg/cm2)，并在其中加入20％质量分数的ec，在室温0.5c/1c条件下循环，充放电截止电压为3.0-4.3v，50圈容量保持为83.7％。相同条件下，在上述聚合物中加入2％质量分数的如下结构的添加剂，50圈后容量保持为91.3％。
[0090]

技术特征：
1.一种适用于碱金属电池的电解质，碱金属电池包括液态或固态，其特征在于：所述电解质中添加中性添加剂；中性添加剂占电解质质量分数0.1％-10％，所述中性添加剂为式1化合物和/或多个式1组成的化合物中的一种或几种；x选自键、b、n、al、p、si或as；y1和y2可相同或不同的选自键、o、s、se、s(＝o)2或os(＝o)2；m、n均为为1-4的整数，m、n的取值使添加剂显0价，n或m大于1时，多个y1和多个y2分别可相同或不同；r为未取代或被至少两个氰基取代的c
1-c
20
的烷基、未取代或被至少两个氰基取代的c
3-c
20
的环烷基；当m大于1时，多个r分别可相同或不同，任选相邻的r还可通过键相连，且，至少一个r选自被至少两个氰基取代的c
1-c
20
的烷基、c
3-c
20
的环烷基；当m等于1时，r选自被至少两个氰基取代的c
1-c
20
的烷基、c
3-c
20
的环烷基；r1、r2、r3可相同或不同的选自c
1-c
20
的脂肪族烷烃；所述添加剂由多个式1组成时，各式1之间通过键将各式1中任意r相连。2.根据权利要求1所述的适用于碱金属电池的电解质，其特征在于：所述式1中，r为被至少两个氰基取代的c
1-c
20
的烷基、c
3-c
20
的环烷基，其中最少有两个氰基连在同一个碳原子上或相邻碳原子上，或，任选相邻的r还可通过键相连。3.根据权利要求1所述的适用于碱金属电池的电解质，其特征在于：所述碱金属电池电解质为液态电解质、全固态聚合物电解质、全固态有机-无机复合电解质、全固态无机电解质、凝胶电解质中的一种或几种。4.一种权利要求1所述的适用于碱金属电池的电解质的应用，其特征在于：所述电解质在碱金属电池中的应用。5.根据权利要求4所述的适用于碱金属电池的电解质的应用，其特征在于：所述碱金属电池为固态或液态电池。6.根据权利要求4所述的适用于碱金属电池的电解质的应用，其特征在于：所述碱金属电池负极为碱金属金属、碱金属金属与其他金属的合金、石墨、硬碳、二硫化钼、钛酸m、石墨烯和硅碳负极中的一种；所述正极材料可以是含硫正极、含硒正极、硫硒复合正极、钴酸m、磷酸铁m、磷酸锰铁m、锰酸m、镍锰酸m、镍钴锰酸m、镍钴铝酸m、磷酸钒m中的一种或多种，m为li或na或k。

技术总结
本发明涉及二次碱金属电池储能技术领域，具体的说是一种碱金属(锂、钠、钾)电池用电解质及其应用。碱金属电池用电解质，电解质为液态或固态电解质，所述电解质中添加中性添加剂，所述添加剂为如下结构烷基上至少含两个氰基且含硅基的中性化合物，其，添加剂结构式为式一所示，式一所示化合物添加量为电解质总质量的0.1％-10％。当该电解质用于锂、钠、钾电池时，会得到稳定的循环。会得到稳定的循环。会得到稳定的循环。


技术研发人员：崔光磊 崔子立 许高洁 徐红霞 任中琴 陈官胜 张圣行
受保护的技术使用者：中国科学院青岛生物能源与过程研究所
技术研发日：2023.03.29
技术公布日：2023/7/25