一种用于锂电池的电解液制造技术

本发明专利技术提供了一种用于金属锂为负极的锂电池的电解液，所述电解液包含醚类有机溶剂和锂盐；所述锂盐选自正全氟丁基磺酰亚胺锂(LiFNFSI)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)中的一种或两种，或者正全氟丁基磺酰亚胺锂(LiFNFSI)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)中的一种或两种与双三氟甲基磺酸亚酰胺锂(LiTFSI)的混合。本发明专利技术还提供了一种包含上述电解液的电池，所述电池为金属锂为负极的锂电池。本发明专利技术的电解液对金属锂负极起到保护作用，提高了金属锂负极循环的库仑效率，改善了锂电极界面的稳定性，使得电池的使用性能和寿命大大提高。

Electrolyte for lithium battery

The invention provides an electrolyte for a lithium metal anode for lithium battery, the electrolyte containing ether organic solvent and lithium salt; the lithium salt is selected from perfluorobutylsulfonylimide lithium (LiFNFSI), double fluorosulfonylimide lithium (LiFSI) in one or two, or is full butyl lithium fluoride sulfonyl imide (LiFNFSI), double fluorosulfonylimide lithium (LiFSI) in one or two and double three fluorine lithium amide methyl sulfonic acid (LiTFSI) mixture. The invention also provides a battery comprising the electrolyte, wherein the battery is a lithium battery with negative metal lithium. The electrolyte of the invention plays a protective role on the metal lithium negative electrode, improves the coulombic efficiency of the lithium metal negative electrode cycle, improves the stability of the lithium electrode interface, and greatly improves the service performance and the service life of the lithium electrode.

【技术实现步骤摘要】
一种用于锂电池的电解液
本专利技术涉及电池
，具体涉及一种可改善金属锂为负极的锂电池的电化学性能的电解液。
技术介绍
自1991年日本索尼公司成功将以碳材料为负极，钴酸锂为正极的锂离子电池商品化后，锂离子电池因其能量密度较大，平均输出电压高，自放电小，循环性能优异，绿色环保等优点革新了消费电子产品的面貌。至今仍然占领着便携电子器件的市场，并逐渐推向电动汽车领域及大规模储能系统。但是随着科技的进步，人们迫切需要一种高能量密度电池来适应当前电子器件小型化、超薄化的发展趋势，此时锂离子电池便暴露出了比能量低的固有弱点。比如石墨负极理论容量只有372mAh·g-1且首周充放电会产生很大的不可逆容量损失，其他的嵌入型负极材料，如无定形碳，过渡金属氧化物，硅化物等，都处于发展阶段，取得的进展有限，所以这些材料都难以成为高能量密度电池的理想负极材料。金属锂的理论比容量高达3860mAh·g-1，是目前已知的质量比能量最高的电极材料之一，同时锂电极的交换电流密度大，极化小，是未来高能量密度电池的理想电极材料，因此以金属锂为负极的锂二次电池长期受到人们的关注。由于金属锂电极在充放电过程中易产生锂枝晶，这些枝晶容易脱落不能用于充放电反应，导致电池容量降低；若枝晶逐渐生长，最终将刺穿隔膜延伸至正极导致电池内部短路，引起火灾或爆炸等安全隐患，所以在其商业化之前必须解决金属锂负极在循环性能和安全性能上的致命缺点。研究证明，影响金属锂负极在电池性能中的主要因素是其表面的固体电解质中间相界面膜(SEI膜)的性能，因此使金属锂电极表面具有组成良好、结构稳定的SEI膜，或者使金属锂电极表面SEI膜更加稳定，可以适应锂电极在充放电过程中的体积和形貌变化，提高金属锂负极循环的库仑效率，成为改善金属锂为负极的锂电池的电化学性能的关键。
技术实现思路
针对上述需要，本专利技术提供了一种用于锂电池的电解液。所述电解液提高了金属锂负极循环的库仑效率，改善了锂电极界面的稳定性，使得该类电池的使用性能和寿命大大提高。一种用于锂电池的电解液，所述电解液包含醚类有机溶剂和锂盐；所述锂盐选自正全氟丁基磺酰亚胺锂(LiFNFSI)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)中的一种或两种，或者正全氟丁基磺酰亚胺锂(LiFNFSI)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)中的一种或两种与双三氟甲基磺酸亚酰胺锂(LiTFSI)的混合。在根据本专利技术的一个实施例中，所述醚类有机溶剂选自环状醚、链状线型醚中的一种或多种，其中，所述醚类有机溶剂中至少一种常温下为液态；优选为单一的一种链状线型醚或一种链状线型醚与环状醚以任意体积比混合形成的混合溶剂；更优选为由体积比为1：1的乙二醇二甲醚(DME)和1,3-二氧戊环(DOL)形成的混合溶剂。在根据本专利技术的一个实施例中，所述锂盐在电解液中的总浓度为1mol/L～4mol/L。在根据本专利技术的一个实施例中，所述锂盐为双三氟甲基磺酸亚酰胺锂(LiTFSI)。在根据本专利技术的一个实施例中，所述锂盐为摩尔比为1：2的正全氟丁基磺酰亚胺锂(LiFNFSI)和双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)；优选地，所述正全氟丁基磺酰亚胺锂(LiFNFSI)的浓度为1mol/L，所述双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)的浓度为2mol/L。在根据本专利技术的一个实施例中，所述锂盐为摩尔比为1：2的双三氟甲基磺酸亚酰胺锂(LiTFSI)和双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)；优选地，所述双三氟甲基磺酸亚酰胺锂(LiTFSI)的浓度为1mol/L，所述双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)的浓度为2mol/L。在根据本专利技术的一个实施例中，所述锂盐为摩尔比为1：1的双三氟甲基磺酸亚酰胺锂(LiTFSI)和双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)；优选地，所述双三氟甲基磺酸亚酰胺锂(LiTFSI)的浓度为2mol/L，所述双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)的浓度为2mol/L。在根据本专利技术的一个实施例中，所述锂盐为正全氟丁基磺酰亚胺锂(LiFNFSI)。在根据本专利技术的一个实施例中，所述电解液还包含SEI成膜剂、抗过充添加剂、阻燃剂和稳定剂中的一种或多种。另一方面，本专利技术还提供了一种包含如上所述的电解液的锂电池，所述锂电池的负极为金属锂。优选地，所述锂电池的正极选自碳硫复合材料或磷酸铁锂。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的电解液能够使电池在首周充电时，在电极材料表面形成一层组成良好、结构稳定的固体电解质中间相(SEI膜)，或者使金属锂电极表面SEI膜更加稳定，可以适应锂电极在充放电过程中的体积和形貌变化，避免了电解液与锂电极材料表面的直接接触，还可以抑制锂硫电池的穿梭效应，提高金属锂负极循环的库仑效率以及负极循环稳定性，改善电池的性能。附图说明图1为本专利技术实施例2的A1电池的首周充放电曲线；图2为本专利技术实施例2的A2电池前3周的充放电曲线；图3为本专利技术实施例2的A3电池的100周循环曲线；图4为本专利技术实施例3的A4电池的100周循环曲线；图5为本专利技术实施例3的B1电池的首周充放电曲线；图6为本专利技术实施例3的B2电池前3周的充放电曲线；图7为本专利技术实施例3的B3电池的100周循环曲线；图8为本专利技术实施例3的B4电池的100周循环曲线；图9为本专利技术实施例4的D1电池的首周充放电曲线；图10为本专利技术实施例4的D2电池前3周的充放电曲线；图11为本专利技术实施例4的D3电池的100周循环曲线；图12为本专利技术实施例4的D4电池的100周循环曲线；图13为本专利技术实施例5的E1电池的首周充放电曲线；图14为本专利技术实施例5的E2电池前3周的充放电曲线；图15为本专利技术实施例5的E3电池的100周循环曲线；图16为本专利技术实施例5的E4电池的100周循环曲线；图17为本专利技术对比实施例1的C1电池的首周充放电曲线；图18为本专利技术对比实施例1的C2电池前3周的充放电曲线；图19为本专利技术对比实施例1的C3电池的100周循环曲线；图20为本专利技术对比实施例1的C4电池的100周循环曲线。具体实施方式下面结合实施例进一步说明本专利技术，应当理解，实施例仅用于进一步说明和阐释本专利技术，并非用于限制本专利技术。实施例1本实施例用于说明本专利技术提供的电解液的配制方法。室温下，在手套箱中，将乙二醇二甲醚(DME)和1，3-二氧戊环(DOL)溶剂以体积比1:1混合后，向其中加入功能性锂盐双三氟甲基磺酸亚酰胺锂(LiTFSI)(浓度1mol/L～3mol/L)配成电解液，将所得电解液搅拌均匀即为本实施例的电解液。本实施例提供的电解液，制备方法非常简单，可以应用于金属锂为负极的锂电池，尤其是应用于锂硫二次电池和磷酸铁锂基锂离子二次电池。应用本专利技术的电解液的锂电池，具有优异的循环性能和安全性能。实施例2本实施例中采用前述的配制方法配置电解液，只是将功能性锂盐更换为LiFNFSI和LiFSI。两种锂盐浓度分别为1mol/L和2mol/L，制备方法如实施例1所述。应用本专利技术的电解液的金属锂为负极的锂电池，具有优异的循环性能和安全性能。优选地，将所得电解液用于锂硫二次电池和磷酸铁锂基锂离子二次电池。将碳硫复合材料作为活性物质与炭黑、聚偏氟乙烯(PVDF)的N,N-二甲基吡咯烷酮(NMP)溶液按8.5：0.5：1的比例混合成浆料，涂覆在集流体铝箔(20μm)上，60℃下烘干制成电极片。将干燥后的极片本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于锂电池的电解液，其特征在于，所述电解液包含醚类有机溶剂和锂盐；所述锂盐选自正全氟丁基磺酰亚胺锂(LiFNFSI)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)中的一种或两种，或者正全氟丁基磺酰亚胺锂(LiFNFSI)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)中的一种或两种与双三氟甲基磺酸亚酰胺锂(LiTFSI)的混合。

【技术特征摘要】
1.一种用于锂电池的电解液，其特征在于，所述电解液包含醚类有机溶剂和锂盐；所述锂盐选自正全氟丁基磺酰亚胺锂(LiFNFSI)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)中的一种或两种，或者正全氟丁基磺酰亚胺锂(LiFNFSI)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)中的一种或两种与双三氟甲基磺酸亚酰胺锂(LiTFSI)的混合。2.如权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述醚类有机溶剂选自环状醚、链状线型醚中的一种或多种，其中，所述醚类有机溶剂中至少一种常温下为液态；优选为单一的一种链状线型醚或一种链状线型醚与环状醚以任意体积比混合形成的混合溶剂；更优选为由体积比为1：1的乙二醇二甲醚(DME)和1,3-二氧戊环(DOL)形成的混合溶剂。3.如权利要求1或2所述的电解液，其特征在于，所述锂盐在所述电解液中的总浓度为1mol/L～4mol/L。4.如权利要求1～3中的任一项所述的电解液，其特征在于，所述锂盐为双三氟甲基磺酸亚酰胺锂(LiTFSI)。5.如权利要求1～3中任一项所述的电解液，其特征在于，所述锂盐为摩尔比为1：2的正全氟丁基磺酰亚胺锂(LiFNFSI)和双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)；优选地，所述正全氟丁基磺酰亚胺锂(LiFNFSI)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：方铮，刘品，马强，李泓，胡勇胜，周志彬，陈立泉，黄学杰，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11