双氟磺酰亚胺锂/1,3-二氧五环锂电池凝胶电解液及其制备方法和电池技术

本发明专利技术提供了一种双氟磺酰亚胺锂/1,3‑二氧五环锂电池凝胶电解液及其制备方法和电池，属于锂电池技术领域。以双氟磺酰亚胺锂和1,3‑二氧五环作为前驱体，将双氟磺酰亚胺锂溶解于1,3‑二氧五环中混合均匀，混合液中双氟磺酰亚胺锂浓度为3‑4molL

Difluoro sulfonimide lithium /1,3- two oxygen 5 ring lithium battery gel electrolyte and preparation method and battery thereof

The invention provides a bisfluorosulfonimide lithium /1,3, two oxygen and five ring lithium battery gel electrolyte, a preparation method and a battery thereof, and belongs to the lithium battery technical field. Using lithium difluorosulfonamide and 1,3_dioxane as precursors, lithium difluorosulfonamide was dissolved in 1,3_dioxane and mixed evenly. The concentration of lithium difluorosulfonamide in the mixed solution was 3_4 molL.

【技术实现步骤摘要】
双氟磺酰亚胺锂/1,3-二氧五环锂电池凝胶电解液及其制备方法和电池
本专利技术涉及锂电池用电解液材料的
，具体涉及一种双氟磺酰亚胺锂/1,3-二氧五环锂电池凝胶电解液及其制备方法和电池。
技术介绍
锂金属由于理论容量高(3860mAhg-1),电负性低(-3.04Vvs.SHE),理论密度低(0.534gcm-3),以及纯粹的锂源等优点，是一种非常理想的锂电池负极材料。事实上，下一代高能量密度的锂-硫电池、全固态锂电池，以及锂-空气电池，都必须使用锂金属作为负极材料，锂金属负极的使用几乎是提高锂电池能量密度的不二选择。但是锂金属负极具有两大缺点，其一，锂金属极其活泼，现有研究表明其会与所有的有机溶剂发生化学反应，在其表面形成一层固态电解质界面层(solidstateinterface)。在锂金属的沉积过程中，部分锂金属与电解液反应从而失去活性，导致较低的循环效率，并且在反复的充放电过程中，锂金属负极与电解液的持续反应将导致电解液的逐步消耗直至耗尽，从而严重限制电池的循环寿命。更严重的情况是锂金属在充电回复过程中，并不是均匀的沉积负极表面，而是在某些电位较高处以树枝状形式过度生长，在电池循环过程中容易戳破隔膜导致锂电池的内部短路，从而引发电池的失效甚至严重事故。目前已经报道了许多方法致力于解决上述问题，如锂金属合金、优化电解液组分和功能添加剂、化学法预先制备人工SEI膜、固态电解质的使用，但是这类方法都有其致密的缺陷。开发一种新型电解液，能良好的浸润电池的正负极材料、抑制锂枝晶生长、提高锂金属负极的循环效率，将具有广阔的应用前景和重大的实际意义。专利技术内容本专利技术的目的在于解决现有的锂金属电池存在的问题，并提供了一种新型双氟磺酰亚胺锂/1,3-二氧五环凝胶电解液。该凝胶电解液制备工艺简单，能耗低、成本低，适合于大规模工业化生产，制备得到的双氟磺酰亚胺锂/1,3-二氧五环锂电池凝胶电解液具有电化学窗口宽，抑制锂枝晶以及改善锂金属负极循环效率效果好的优点。本专利技术所采用的具体技术方案如下：双氟磺酰亚胺锂/1,3-二氧五环锂电池凝胶电解液的制备方法，该方法包括如下步骤：在惰性气氛保护下，以双氟磺酰亚胺锂和1,3-二氧五环作为前驱体，将双氟磺酰亚胺锂溶解于1,3-二氧五环中混合均匀，混合液中双氟磺酰亚胺锂浓度为3-4molL-1；然后密闭放置，使混合液中的1,3-二氧五环在双氟磺酰亚胺锂催化作用下逐渐发生聚合反应，形成凝胶电解液。优选的，聚合反应时，温度控制为-20～60℃。优选的，所述密闭放置的时间为24小时以上。优选的，所述惰性气氛为氩气气氛或氮气气氛，惰性气氛中的水含量小于1ppm，氧含量小于1ppm。本专利技术的另一目的在于提供一种如上述任一方案所述制备方法制备的双氟磺酰亚胺锂/1,3-二氧五环锂电池凝胶电解液。本专利技术的另一目的在于提供一种基于双氟磺酰亚胺锂/1,3-二氧五环凝胶电解液的锂金属电池，该电池中含有如上述任一方案所述制备方法制备的双氟磺酰亚胺锂/1,3-二氧五环锂电池凝胶电解液。优选的，所述锂金属电池使用锂金属作为负极。优选的，所述锂金属电池中的隔膜采用Celgard电池隔膜。优选的，所述锂金属电池为锂-硫电池、锂-磷酸铁锂电池、锂-钴酸锂电池、锂-空气电池。本专利技术的另一目的在于提供一种如上述基于双氟磺酰亚胺锂/1,3-二氧五环凝胶电解液的锂金属电池的制造方法，该方法具体如下：在惰性气氛保护下，将双氟磺酰亚胺锂溶解于1,3-二氧五环中，混合均匀形成混合液，双氟磺酰亚胺锂浓度为3-4molL-1；将Celgard电池隔膜浸置在所述混合液中，密闭放置后在Celgard电池隔膜上形成凝胶电解液；最后装配得到锂金属电池。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：1)本专利技术制备的双氟磺酰亚胺锂/1,3-二氧五环凝胶电解液，具有制备工艺简单、成本低的优点。2)本专利技术制备的双氟磺酰亚胺锂/1,3-二氧五环凝胶电解液电化学窗口宽，适用于多种正极材料的锂金属电池，如锂-硫电池，锂-磷酸铁锂电池，锂-钴酸锂电池，锂-空气电池等等。3)双氟磺酰亚胺锂/1,3-二氧五环凝胶电解液对正负电极有良好的润湿效果，更重要的是对锂金属负极非常稳定，且有非常好的抑制锂枝晶的效果。附图说明图1为实施例1制备的3.5molL-1凝胶电解液应用于锂/铜纽扣电池测试锂负极的循环效率。a)电流密度2mAcm-2；b)和c)电流密度5mAcm-2；图2为实施例1制备的3.5molL-1凝胶电解液应用于锂/锂纽扣电池测试锂负极的循环稳定性，a)电流密度为5mAcm-2；b)电流密度为10mAcm-2；图3为实施例1锂/铜电池在电流密度5mAcm-2下极化10小时，沉积在铜片表面的锂沉积层扫描电镜正面图；图4为实施例1使用3.5molL-1凝胶电解液的锂/铁纽扣电池的线性扫伏安图，范围为1.0–6.0V,扫描速度为50mVs-1；图5为对比例1制备的2.5molL-1电解液液应用于锂/铜纽扣电池测试锂负极的循环效率。a)电流密度1mAcm-2；b)2mAcm-2；图6为对比例1制备的2.5molL-1电解液应用于锂/锂纽扣电池测试锂负极的循环稳定性，a)电流密度为1mAcm-2；b)电流密度为2mAcm-2；图7为对比例1锂/铜电池在电流密度5mAcm-2下极化10小时，沉积在铜片表面的锂沉积层扫描电镜正面图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步阐述和说明。实施例1以双氟磺酰亚胺锂为溶质，1,3-二氧五环为溶剂，在具有氩气气氛保护(水含量＜1ppm，氧含量＜1ppm)的手套箱中配置3.5molL-1的双氟磺酰亚胺锂/1,3-二氧五环电解液，并将Celgard2400隔膜浸置于电解液中，在常温下放置24小时后，形成凝胶电解液。然后装配锂/铜和锂/锂纽扣电池(CR2025)测试锂金属负极材料的循环效率和循环稳定性，锂片直径12mm，铜片直径18mm。图4为本实施例制备的锂/铜纽扣电池的循环效率。图1.a的电流密度为2mAcm-2，图1.b和图1.c的电流密度为5mAcm-2，充电的截止电压为1Vvs.Li/Li+。从图1中可以看出，无论电流密度是2mAcm-2还是5mAcm-2，循环效率都接近100％，表明凝胶电解液对锂金属负极非常的稳定导致循环效率超高。图2为本实施制备的锂/锂对称电池，图2.a和图2.b中的电流密度分别高达5mAcm-2和10mAcm-2，在循环了2000多小时后，极化电压的增加非常微小，同样表明即使是在高电流密度极化下，凝胶电解液对锂金属负极同样非常的稳定。图3为锂/铜电池在电流密度5mAcm-2下极化10小时，沉积在铜片表面的锂沉积层正面扫描电子显微镜图。从图中可以看出，沉积层非常的致密，没有锂枝晶，以无棱角的颗粒物为主。图4为3.5molL-1凝胶电解液的锂/铁纽扣电池的线性扫伏安图，从图中可以看出当电压大于5.1V的时候，电解液才开始分解，表明凝胶电解液具有非常宽的电化学窗口，适用于目前绝大多数锂电池体系。实施例2以双氟磺酰亚胺锂为溶质，1,3-二氧五环为溶剂，在具有氩气气氛保护(水含量＜1ppm，氧含量＜1ppm)的手套箱中配置3.0molL-1的双氟磺酰亚胺锂/1,3-二氧五环电解液，并将Ce本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双氟磺酰亚胺锂/1,3‑二氧五环锂电池凝胶电解液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：在惰性气氛保护下，以双氟磺酰亚胺锂和1,3‑二氧五环作为前驱体，将双氟磺酰亚胺锂溶解于1,3‑二氧五环中混合均匀，混合液中双氟磺酰亚胺锂浓度为3‑4molL‑1；然后密闭放置，使混合液中的1,3‑二氧五环在双氟磺酰亚胺锂催化作用下逐渐发生聚合反应，形成凝胶电解液。

【技术特征摘要】
1.一种双氟磺酰亚胺锂/1,3-二氧五环锂电池凝胶电解液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：在惰性气氛保护下，以双氟磺酰亚胺锂和1,3-二氧五环作为前驱体，将双氟磺酰亚胺锂溶解于1,3-二氧五环中混合均匀，混合液中双氟磺酰亚胺锂浓度为3-4molL-1；然后密闭放置，使混合液中的1,3-二氧五环在双氟磺酰亚胺锂催化作用下逐渐发生聚合反应，形成凝胶电解液。2.如权利要求1所述的双氟磺酰亚胺锂/1,3-二氧五环锂电池凝胶电解液的制备方法，其特征在于，聚合反应时，温度控制为-20～60℃。3.如权利要求1所述的双氟磺酰亚胺锂/1,3-二氧五环锂电池凝胶电解液的制备方法，其特征在于，所述密闭放置的时间为24小时以上。4.如权利要求1所述的双氟磺酰亚胺锂/1,3-二氧五环锂电池凝胶电解液的制备方法，其特征在于，所述惰性气氛为氩气气氛或氮气气氛，惰性气氛中的水含量小于1ppm，氧含量小于1ppm。5.一种如权利要求1～4任一所述制备方法制备的双氟磺酰亚胺锂/1,3-二氧五环锂电池凝胶电解液。6.一种基于双氟磺酰亚胺...

【专利技术属性】
技术研发人员：王淼，张鹏，朱佳佳，徐鹏，李振华，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33