非水电解质及包含该非水电解质的电化学设备的制作方法

本公开涉及一种非水电解质及包含该非水电解质的电化学设备。本技术要求于2022年1月10日在韩国提交的韩国专利申请10-2022-0003568号的优先权，其公开内容通过引用并入本文。

背景技术：

1、储能技术受到越来越多的关注，由于其应用范围已经扩展到手机、平板电脑、笔记本电脑以及摄像机，甚至扩展到电动车辆(ev)和混合动力电动车辆(hev)的能源，因此对于电化学设备的研究和开发逐渐增加。在这种背景下，电化学设备备受关注，特别地，二次电池(例如，可充电的锂硫电池)的开发已成为关注焦点。最近，已经开始研究和开发设计新型电极和电池，从而在研发此类电池时改善容量密度和比能量。

2、这类电化学设备，特别是锂金属二次电池，例如锂硫电池(li-s电池)，使用轻锂金属作为负极活性材料，具有显著较高的能量密度(理论容量：3862mah/g)，因此作为下一代高容量电池备受关注。在锂硫电池中，放电期间会发生硫的还原和锂金属的氧化反应。此时，硫从环状结构的s8形成直链结构的多硫化锂(lips)，锂硫电池的特征在于显示出阶段性的放电电压，直至多硫化物完全还原成li2s。

3、然而，由于副反应(由电解质分解引起的副产物沉积)等原因，锂硫电池在充/放电循环期间充/放电效率下降，从而导致电池寿命劣化。

4、特别地，用作负极活性材料的锂金属容易形成大面积的枝晶，并与电解质中的盐和添加剂发生反应，形成固体电解质界面(sei)，导致电解质中的盐和添加剂不断消耗，从而加速电池的劣化。

5、在高温下，电解质的这种分解变得严重并加速。在这些情况下，需要开发一种能够提供提高的电解质稳定性的电解质组合物，从而使电池可以在高温环境下运行。

技术实现思路

1、[技术问题]

2、本公开的目的在于解决相关技术的问题，因此本公开旨在提供一种具有改善的稳定性的非水电解质以及包含该非水电解质的电化学设备。

3、本公开还旨在提供一种在高温下具有改善的寿命特性的非水电解质以及包含该电解质的电化学设备。

4、[技术方案]

5、根据本公开的一个方面，提供了一种以下实施方式中任一项的非水电解质。

6、根据本公开的第一实施方式，提供了一种非水电解质，其包含：

7、第一溶剂，其包含具有至少一个双键或没有双键且含有氧原子和硫原子中的至少一种的杂环化合物；

8、第二溶剂，其包含醚类化合物、酯类化合物、酰胺类化合物和碳酸酯类化合物中的至少一种；以及

9、第一锂盐，

10、其中，第一锂盐包含双(全氟丁基磺酰基)亚胺锂，并且基于100重量％的非水电解质的总重量，所述双(全氟丁基磺酰基)亚胺锂的含量为2重量％至5重量％。

11、根据本公开的第二实施方式，提供了第一实施方式中定义的非水电解质，其进一步包含第二锂盐，所述第二锂盐包括licl、libr、lii、liclo4、libf4、lib10cl10、lipf6、licf3so3、licf3co2、lic4bo8、liasf6、lisbf6、lialcl4、ch3so3li、cf3so3li、(c2f5so2)2nli、(so2f)2nli、(cf3so2)2nli、(cf3so2)3cli、氯硼酸锂、c4以下的脂肪族羧酸锂、四苯基硼酸锂、亚胺锂或其中的两种或更多种。

12、根据本公开的第三实施方式，提供了第二实施方式中定义的非水电解质，其中，所述第二锂盐包含(so2f)2nli。

13、根据本公开的第四实施方式，提供了第二实施方式中定义的非水电解质，其中，所述第二锂盐的浓度为0.2m至2.0m。

14、根据本公开的第五实施方式，提供了第一实施方式至第四实施方式中任一项定义的非水电解质，其中，所述杂环化合物是未取代的或取代有选自由c1至c4烷基、c3至c8环烷基、c6至c10芳基、卤素基团、硝基、胺基和磺酰基组成的组中的至少一种的3至15元杂环化合物，或是c3至c8环烷基和c6至c10芳基中的至少一种与杂环化合物的多环化合物。

15、根据第六实施方式，提供了第一实施方式至第五实施方式中任一项定义的非水电解质，其中，所述杂环化合物包括1,3-二氧戊环、4,5-二乙基-1,3-二氧戊环、4,5-二甲基-1,3-二氧戊环、4-甲基-1,3-二氧戊环、4-乙基-1,3-二氧戊环、1,3-二氧杂环己烷、1,4-二氧杂环己烷、4-甲基-1,3-二氧杂环己烷、2-甲基-1,3-二氧杂环己烷、呋喃、2-甲基呋喃、3-甲基呋喃、2-乙基呋喃、2-丙基呋喃、2-丁基呋喃、2,3-二甲基呋喃、2,4-二甲基呋喃、2,5-二甲基呋喃、吡喃、2-甲基吡喃、3-甲基吡喃、4-甲基吡喃、苯并呋喃、2-(2-硝基乙烯基)呋喃、噻吩、2-甲基噻吩、2-乙基噻吩、2-丙基噻吩、2-丁基噻吩、2,3-二甲基噻吩、2,4-二甲基噻吩、2,5-二甲基噻吩，或其中的两种或更多种。

16、根据第七实施方式，提供了第一实施方式至第六实施方式中任一项定义的非水电解质，其中，所述第二溶剂的醚类化合物包括：二甲醚、二乙醚、二丙醚、甲乙醚、甲丙醚、乙丙醚、二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷、甲氧基乙氧基乙烷、二甘醇二甲醚、二甘醇二乙醚、二甘醇甲乙醚、三甘醇二甲醚、三甘醇二乙醚、三甘醇甲乙醚、四甘醇二甲醚、四甘醇二乙醚、四甘醇甲乙醚、聚甘醇二甲醚、聚甘醇二乙醚、聚甘醇甲乙醚，或其中的两种或更多种。

17、根据第八实施方式，提供了第一实施方式至第七实施方式中任一项定义的非水电解质，其进一步包含硝酸锂。

18、根据第九实施方式，提供了第一实施方式至第八实施方式中任一项定义的非水电解质，其进一步包括硝酸镧、硝酸钾、硝酸铯、硝酸镁、硝酸钡、亚硝酸锂、亚硝酸钾、亚硝酸铯，或其中的两种或更多种。

19、根据第十实施方式，提供了第一实施方式至第九实施方式中任一项定义的非水电解质，其包含作为第一溶剂的2-甲基呋喃、作为第二溶剂的二甲氧基乙烷、双(氟磺酰)亚胺锂((so2f)2nli,lifsi)、硝酸锂和双(全氟丁基磺酰基)亚胺锂(linfsi)。

20、根据本公开的另一方面，提供了一种以下实施方式中任一项定义的电化学设备。

21、根据本公开的第十一实施方式，提供了一种电化学设备，其包含：正极；负极；置于正极和负极之间的隔膜；以及第一至第十实施方式中任一项定义的非水电解质。

22、根据本公开的第十二实施方式，提供了第十一实施方式中定义的电化学设备，其是锂硫电池。

23、[有益效果]

24、基于100重量％的非水电解质的总重量，本公开的实施方式的非水电解质包含2重量％至5重量％的双(全氟丁基磺酰基)亚胺锂，因此可以抑制分解并提供改善的稳定性。

25、基于100重量％的非水电解质的总重量，本公开的实施方式的非水电解质包含2重量％至5重量％的双(全氟丁基磺酰基)亚胺锂，因此可以提供改善的寿命特性，尤其是在高温下。