一种锂金属电池电解液及其锂金属二次电池制造技术

本发明专利技术涉及一种锂金属电池电解液以及锂金属二次电池，更具体涉及一种包括：锂盐，所述锂盐包括硝酸锂和双氟甲基磺酰亚胺锂；成膜添加剂；非水有机溶剂；如通式(Ⅰ)所示的亚砜类化合物及其衍生物：

【技术实现步骤摘要】
一种锂金属电池电解液及其锂金属二次电池
本专利技术涉及电池领域，更具体的涉及一种锂金属电池电解液及其锂金属二次电池。
技术介绍
作为对锂离子电池升级换代的锂金属电池，因其能储存更多能量，有希望解决目前常规锂离子电池容量不够理想的问题正受到商用电池领域的日益青睐。锂金属电池目前没有实现大规模的商业话应用，主要是因为作为负极的金属锂在电池充放电过程中不均匀沉积容易产生锂枝晶，产生的锂枝晶容易刺穿隔膜引发安全问题，造成锂金属电池失效，甚至可能引发着火事故，同时产生的锂枝晶容易脱落，造成锂金属电池能量密度的迅速衰减，但锂金属具有极高的理论比容量(3860mAh/g)和极低的电化学电位(-3.045V)，未来非常有可能取代锂离子电池，因此对于如何解决锂金属电池锂枝晶生长问题是研究的热点问题。
技术实现思路
鉴于
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种锂金属电池电解液及其锂金属二次电池，所述电解液能在锂金属负极形成稳定的界面膜，保护负极的锂金属，减少负极副反应的发生，防止产生锂枝晶，提高锂金属电池的安全性能及循环稳定性。为达到上述目的，在本专利技术的第一方面，本专利技术提供了一种锂金属电池电解液，包括：锂盐，所述锂盐包括硝酸锂和双氟甲基磺酰亚胺锂；成膜溶剂；非水有机溶剂；如通式(Ⅰ)所示的亚砜类化合物及其衍生物：其中R1-R2各自独立地选自取代或未取代的C1-C6的烃基。在本专利技术的第二方面，本专利技术提供了一种锂金属二次电池，包括：包含正极活性物质的正极；包含负极活性物质的负极，所述负极活性物质包括金属锂；和根据本专利技术第一方面所述的锂金属电池电解液。相比于现有技术，本专利技术至少包括如下所述的有益效果：所述锂金属电池电解液中包括硝酸锂、双氟甲基磺酰亚胺锂和亚砜类化合物。所述硝酸锂在低电位下，可在电池的锂金属负极上发生还原反应，生成Li3N、LiNxOy构成的界面膜，而亚砜类化合物在循环过程中分解产生硫元素，硫元素能有效协同Li3N、LiNxOy构成的界面膜的形成，保护负极的锂金属，减少负极副反应的发生，防止产生锂枝晶，提高锂金属电池的安全性能及循环稳定性，同时能有效提高电池的能量密度。而电解液中的双氟甲基磺酰亚胺锂不仅用于电解液锂盐的提供，同时双氟甲基磺酰亚胺锂的阴离子与亚枫类化合物共同作用，利于锂金属表面界面膜的形成，从而进一步提高电池的循环性能。具体实施方式下面详细说明根据本专利技术所述的一种锂金属电池电解液及其锂金属二次电池，本专利技术的目的在于提供一种在锂金属电池负极有效成膜的电解液，达到可以减缓锂金属枝晶生长的问题，从而提高锂金属电池的循环性能。首先说明根据本专利技术第一方面所述的锂金属电池电解液，包括：锂盐，所述锂盐包括硝酸锂和双氟甲基磺酰亚胺锂；成膜溶剂；非水有机溶剂；如通式(Ⅰ)所示的亚砜类化合物及其衍生物：其中R1-R2各自独立地选自取代或未取代的C1-C6的烃基。所述电解液中的亚砜类化合物及其衍生物有助于硝酸锂的溶解，硝酸锂的解离度低，在绝大多数有机溶剂中溶解度有限，亚砜类化合物属于强极性非质子溶剂，硝酸锂在亚砜溶剂中可有效溶解，且亚砜类化合物及其衍生物在循环过程中会分解产生硫元素，硫元素能有效协同界面膜的形成，所述硝酸锂在低电位下，可在电池的锂金属负极上发生还原反应，生成Li3N、LiNxOy构成的界面膜。双氟甲基磺酰亚胺锂中的阴离子可以硝酸锂协同作用，促进硝酸锂在锂金属负极成膜，减少负极副反应的发生，防止产生锂枝晶，提高锂金属电池的安全性能及循环稳定性。所述硝酸锂在电解液中的浓度影响锂金属负极的成膜，硝酸锂在电解液中的溶解度有限，需要加入亚砜类溶剂增加硝酸锂的溶解度，硝酸锂浓度过低时，所含有的硝酸根含量过少，虽然一定程度上可以改善锂金属负极成膜，但效果不突出，因此硝酸锂的浓度选择在一定的范围，锂金属负极成膜性能最佳。优选地，所述硝酸锂在所述电解液中的浓度为0.1mol/L-0.7mol/L,进一步优选地，所述硝酸锂在所述电解液中的浓度为0.2mol/L-0.5mol/L。双氟甲基磺酰亚胺锂的阴离子中电子的离域体系较大，因此更利于吸附在锂金属负极的表面，对于硝酸锂的负极成膜起到催化的作用，且双氟甲基磺酰亚胺锂中作为电解液的主盐，其浓度影响电解液的电导率及粘度，因此选择合适的浓度范围非常重要。优选地，所述双氟甲基磺酰亚胺锂在电解液中的浓度为0.1mol/L-1.2mol/L，进一步优选地，所述双氟甲基磺酰亚胺锂在电解液中的浓度为0.8mol/L-1.0mol/L。值得说明的是，本专利技术中硝酸锂和双氟甲基磺酰亚胺锂两种锂盐同时存在于电解液中，硝酸锂用于在锂金属负极形成较为稳定的SEI膜，双氟甲基磺酰亚胺锂中的阴离子电子离域体系较大，因此其反应活性较高，容易吸附在锂金属负极，吸附在锂金属负极的阴离子可以对硝酸锂的成膜反应起到有效地催化作用，使得硝酸锂的成膜更加充分，因此在本专利技术中，两种锂盐必须同时存在，锂金属负极的成膜才会更加完整。所述电解液中亚砜类化合物中的R1和R2的碳原子数影响锂金属电池的循环性能，碳原子数的增加，会导致溶剂的粘度增加，电导率和浸润性都会受其影响。表1为亚砜类化合物R1和R2变化对硝酸锂溶解性能的影响表，值得说明的是本专利技术中，硝酸锂是先溶解在亚枫类化合物中形成混合物，形成的混合物再用于电解液的配制，因此硝酸锂在亚枫类化合物中的溶解度是影响电解液配制的关键参数。表1亚砜类化合物R1和R2变化对硝酸锂溶解性能的影响表R1R2硝酸锂的溶解性mol/LCH3CH3～6CH3CH2CH3～5.3CH2CH3CH2CH3～4.8从表1可以得出，随着R1、R2烃基碳链越长，电解液溶剂粘度的逐渐增大，对硝酸锂的溶解性也呈现下降的趋势。而R1、R2碳原子数为1-6时，电解液的粘度较低，对电导率和浸润性的影响也较小。优选地，所述亚砜类化合物包括二甲基亚砜、甲乙基亚砜、二乙基亚砜、甲丙基亚砜、乙丙基亚砜、二丙基亚砜中的一种或几种。亚砜类化合物的含量影响锂金属电池的负极成膜，亚砜类化合物对锂金属稳定性并不好，因此其含量不宜过高，本专利技术引入亚砜类化合物主要为了溶解硝酸锂，其次适量的亚砜类化合物可以促进硝酸锂在锂金属负极的成膜效果，因此，控制亚砜类化合物的含量有助于锂金属负极更好地成膜。优选地，所述亚砜类化合物的含量为电解液总重量的1％-15％，进一步优选地，所述亚砜类化合物的含量为电解液总重量的3％-10％。成膜溶剂影响锂金属电池负极的成膜效果，成膜溶剂的主要作用是在锂金属负极形成稳定的SEI膜，成膜溶剂优先与锂金属负极成膜可以有效减少电解液中其他溶剂与锂金属的反应，使得电解液的浓度可以维持在合适的范围，且成膜溶剂与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂金属电池电解液，包括：/n锂盐，所述锂盐包括硝酸锂和双氟甲基磺酰亚胺锂；/n成膜溶剂；/n非水有机溶剂；/n如通式(Ⅰ)所示的亚砜类化合物及其衍生物：/n

【技术特征摘要】
1.一种锂金属电池电解液，包括：
锂盐，所述锂盐包括硝酸锂和双氟甲基磺酰亚胺锂；
成膜溶剂；
非水有机溶剂；
如通式(Ⅰ)所示的亚砜类化合物及其衍生物：



其中R1-R2各自独立地选自取代或未取代的C1-C6的烃基。


2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述硝酸锂在所述电解液中的浓度为0.1mol/L-0.7mol/L,优选为0.2mol/L-0.5mol/L。


3.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述双氟甲基磺酰亚胺锂在电解液中的浓度为0.1mol/L-1.2mol/L，优选为0.8mol/L-1.0mol/L。


4.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述亚砜类化合物选自二甲基亚砜、甲乙基亚砜、二乙基亚砜、甲丙基亚砜、乙丙基亚砜、二丙基亚砜中的一种或几种。


5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：程萌，刘成勇，郭永胜，李谦，胡波兵，付佳玮，梁成都，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35