锂电极的预处理方法和锂金属电池技术

本发明专利技术涉及一种预处理锂电极的方法和锂金属电池，更特别地涉及一种通过将锂电极浸入用于形成固体电解质界面的组合物中进行预处理而使锂电极稳定的方法和包含这样的锂电极的锂金属电池。根据本发明专利技术，当通过锂电极的预处理工序预先在所述锂电极上形成这样的固体电解质界面(SEI)，然后将在其上形成有SEI膜的锂电极用于锂金属电池时，降低了界面电阻并能够提高Li充电和放电效率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】锂电极的预处理方法和锂金属电池
本申请要求于2016年11月24日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请10-2016-0157341号的优先权和权益，通过参考将其全部内容并入本文中。本专利技术涉及一种预处理锂电极的方法和锂金属电池，特别地涉及一种通过将锂电极浸入用于形成固体电解质界面的组合物中的预处理来稳定锂电极的方法、以及包含这样的锂电极的锂金属电池。
技术介绍
已知使用锂金属和非水电解质作为基础的电化学体系是热力学不稳定的，结果在锂电极表面上形成由因锂与电解质组分之间的相互作用得到的产物而形成的膜。该膜的性质由形成电解质体系的组分的化学性质决定，并且在各种电解质中，可以在锂电极表面上形成钝化膜，这对于电解质本身具有有利的保护性能并对于锂离子具有高离子传导率。通常，在二次电池中，在使用锂金属作为负极的锂金属电池的运行期间，锂离子在锂电极表面上被还原，并且根据形成电解液的溶剂和锂盐的组合，具有各种组成的固体电解质界面(SEI)在锂电极上形成，并不可逆地发生。然而，当形成在锂电极表面上的SEI层不稳定时，电解液与锂电极之间的直接反应一直发生，产生额外的不可逆性，这导致电池的充电和放电效率降低。另外，不稳定的SEI层的形成起到缩短电池寿命的因素的作用，例如引起电解液耗尽和产生作为副产物的气体。[现有技术文献](专利文献1)韩国专利申请公开公报第2016-0050222号，“Electrolytesolutionforlithiummetalbatteryandlithiummetalbatteryincludingthesame(用于锂金属电池的电解液和包含其的锂金属电池)”
技术实现思路
技术问题因此，本专利技术的一个方面提供一种在锂电极上形成稳定的固体电解质界面(SEI)的预处理方法。技术方案根据本专利技术的一个方面，提供一种预处理锂电极的方法，所述方法通过将锂电极浸入用于形成固体电解质界面(SEI)的组合物中来预处理锂电极。用于形成固体电解质界面的组合物可以仅使用醚类溶剂，可以将锂盐混合到醚类溶剂中，或者可以合并醚类溶剂、锂盐和添加剂三种组分。根据本专利技术的另一方面，提供一种包含稳定的锂电极的锂金属电池。有益效果根据本专利技术，当使用锂电极的预处理工序预先在锂电极上形成这样的固体电解质界面(SEI)，然后将形成有SEI层的锂电极用于锂金属电池时，获得降低界面电阻并提高Li充电和放电效率的效果。附图说明图1显示了本专利技术实施例1～6和比较例1的效率随浸渍时间而变化的数据。图2显示了本专利技术实施例4～9和比较例1的浸渍预处理的锂金属电极的界面电阻随老化时间而变化的数据。图3显示了对本专利技术的比较例1、实施例5、实施例11和13进行比较的效率随SEI层形成效果而变化的数据。图4显示了本专利技术实施例10～13和比较例1和2的浸渍预处理的锂金属的界面电阻随老化时间而变化的数据。具体实施方式本专利技术提供一种预处理锂电极的方法，所述方法通过将锂电极浸入用于形成固体电解质界面(SEI)的组合物中来预处理锂电极。在下文中，将对本专利技术进行具体描述。用于形成固体电解质界面(SEI)的组合物在本专利技术中，用于形成SEI的组合物用于在制造锂金属电池之前浸渍并由此预处理锂金属，并且是基于非水有机溶剂的。所述非水有机溶剂是参与电池的电化学反应的离子能够迁移通过的介质。另外，SEI层抑制电解质在锂电极表面上的分解，从而降低电极与电解质之间的界面电阻，并起到使电极稳定的保护层的作用。根据本专利技术的一个实施方案，可以使用一种或多种类型的醚类溶剂作为所述非水有机溶剂。通过在降低用于形成SEI的组合物的粘度的同时，将锂阳离子与醚的对称结构螯合来增加添加的锂盐的离解度，并显著提高锂离子在用于形成SEI的组合物中的传导率，从而在激发用于形成SEI层的氧化还原反应方面，醚类溶剂是优选的。离子传导率通常取决于离子在电解液中的迁移率，因此，溶剂粘度和溶液中的离子浓度是影响离子传导率的因素。随着用于形成SEI的组合物的粘度降低，离子迁移在溶液中不受限制并且离子传导率增加，并且随着用于形成SEI的组合物中的离子浓度增加，离子(电荷转移剂)的量增加，结果提高了离子传导率。由于这样的原因，醚类溶剂有助于在锂电极上形成更稳定的SEI层，结果，获得更高的充电和放电效率，并且界面电阻降低。在此，醚类溶剂包括：无环醚、环醚、聚醚或它们的混合物，优选环醚或C4～C10醚，更优选C4～C10环醚。当环开环时，环醚容易形成聚合物，特别地，在C4～C10环醚中形成具有适当厚度的SEI层。因为Li金属是活性材料，所以使用不具有反应性的溶剂是有利的，然而，使用溶剂一致地制造薄的SEI层有助于防止由副反应引起的锂金属耗尽，并且稳定地运行电池。环醚的非限制性实例可以选自：二氧戊环(DOL)、甲基二氧戊环、烷、二烷、三烷、四氢呋喃(THF)、二氢吡喃(DHP)、四氢吡喃(THP)、甲基四氢呋喃、呋喃和甲基呋喃。无环醚的非限制性实例可以选自：二乙醚、二丙醚、二丁醚、二甲氧基甲烷(DMM)、三甲氧基甲烷(TMM)、二甲氧基乙烷(DME)、二乙氧基乙烷(DEE)和二甲氧基丙烷(DMP)。聚醚的非限制性实例可以选自：二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、乙二醇二乙烯基醚、乙二醇乙基甲基醚、二乙二醇二乙烯基醚、三乙二醇二乙烯基醚、二丙二醇二亚甲基醚和丁二醇醚。更具体地，醚类溶剂可以是1,3-二氧戊环、1,2-二甲氧基乙烷、呋喃、2-甲基呋喃、2,5-二甲基呋喃、四氢呋喃、环氧乙烷、1,4-二烷、4-甲基-1,3-二氧戊环、四乙二醇二甲醚或它们的混合溶剂。优选地，可以从无环醚和环醚中各自选择一种类型并混合，更优选地，以一定的混合比例将1,3-二氧戊环和1,2-二甲氧基乙烷混合，并且作为一个实例，可以使用以1:1的重量比将这些物质混合的溶液。同时，根据本专利技术一个实施方案的用于形成SEI的组合物包含分散在非水有机溶剂中的锂盐。锂盐没有特别限制，只要其通常用于锂金属电池中即可。例如，锂盐可以是选自如下中的一种或多种化合物：LiSCN、LiCl、LiBr、LiI、LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6、LiB10Cl10、LiCH3SO3、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiClO4、LiAlCl4、Li(Ph)4、LiC(CF3SO2)3、LiN(FSO2)2、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、LiN(SFO2)2、LiN(CF3CF2SO2)2、氯硼烷锂、低级脂族羧酸锂、四苯基硼酸锂、亚氨基锂和它们的组合。优选使用LiN(FSO2)2(LiFSI)。通过在锂电极表面上形成上述固态且稳定的SEI层，这种锂盐改善了初始输出性能以及低温和高温输出性能。锂盐浓度可以考虑离子传导率等来确定，并且在0.05M～5.0M的范围内，优选为0.2M～2.0M，或0.5M～1.6M。换句话说，为了确保用于形成稳定的SEI层的离子传导率，锂盐浓度优选为0.05M以上。然而，当过量添加锂盐时，电解液粘度增加，降低锂离子迁移率，结果，因为氧化还原反应可能不会平稳地发生，所以可能不会形成稳定的SEI层。因此，锂盐浓度优选为5.0M以下。在根据本专利技术一个实施方案的用于形成SEI的组合物中，与上述锂盐一起分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种预处理锂电极的方法，所述方法通过将锂电极浸入用于形成固体电解质界面(SEI)的组合物中使锂电极稳定。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.24 KR 10-2016-01573411.一种预处理锂电极的方法，所述方法通过将锂电极浸入用于形成固体电解质界面(SEI)的组合物中使锂电极稳定。2.根据权利要求1所述的预处理锂电极的方法，其中所述用于形成固体电解质界面的组合物包含醚类溶剂。3.根据权利要求2所述的预处理锂电极的方法，其中所述醚类溶剂是无环醚、环醚、聚醚或其混合物。4.根据权利要求3所述的预处理锂电极的方法，其中所述无环醚是选自如下中的一种或多种化合物：二乙醚、二丙醚、二丁醚、二甲氧基甲烷(DMM)、三甲氧基甲烷(TMM)、二甲氧基乙烷(DME)、二乙氧基乙烷(DEE)和二甲氧基丙烷(DMP)。5.根据权利要求3所述的预处理锂电极的方法，其中所述环醚是选自如下中的一种或多种化合物：二氧戊环(DOL)、甲基二氧戊环、烷、二烷、三烷、四氢呋喃(THF)、二氢吡喃(DHP)、四氢吡喃(THP)、甲基四氢呋喃、呋喃和甲基呋喃。6.根据权利要求3所述的预处理锂电极的方法，其中所述聚醚是选自如下中的一种或多种化合物：二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、乙二醇二乙烯基醚、乙二醇乙基甲基醚、二乙二醇二乙烯基醚、三乙二醇二乙烯基醚、二丙二醇二甲基醚和丁二醇二甲基醚。7.根据权利要求2所述的预处理锂电极的方法，其中所述醚类溶剂是C4～C10化合物。8.根据权利要求1所述的预处理锂电极的方法，其中所述用于形成固体电解质界面的组合物还包含锂盐。9.根据权利要求8所述的预处理锂电极的方法，其中所述锂盐是选自如下中的一种或多种：LiSCN、LiCl、LiBr、LiI、LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6、LiB10Cl10、LiCH3SO3、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiClO4、LiAlCl4、Li(Ph)4、LiC(...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋知恩，梁斗景，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国,KR