一种电解液及包含该电解液的锂金属电池制造技术

本发明专利技术提供一种电解液以及包含该电解液的锂金属电池，其中电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括结构式I所示的磺内酰胺化合物；其中，R选自取代或未取代的C

【技术实现步骤摘要】
一种电解液及包含该电解液的锂金属电池


[0001]本专利技术涉及一种锂电池
，具体地涉及一种电解液及包含该电解液的锂金属电池。

技术介绍

[0002]目前，锂离子电池已广泛应用于汽车、手机等技术产品。商业化的锂离子电池主要以石墨为负极材料，其容量发挥已经接近石墨理论值(372mAh/g)，很难通过对石墨进行处理而高幅度地提升锂离子电池的容量。金属锂的理论比容量高达3860mAh/g，电极电位低至-3.04V(相对于H2/H
+
)，因此发展以金属锂作为负极的锂金属电池再次引起科研工作者的关注。然而，限制锂金属电池进一步发展的障碍主要有两个方面：(1)锂金属电池在循环过程中容易产生锂枝晶，锂枝晶容易刺穿电池的隔离膜，导致电池易出现短路；(2)锂枝晶表面积大、活性高，易与电解液剧烈反应，导致金属锂表面SEI膜(界面膜)持续重组，消耗电解液和活性锂，还导致循环效率降低，缩短电池循环寿命。因此，如何有效改善金属锂电极表面性质、抑制锂枝晶的生成是进一步发展锂金属电池需要解决的重点。

技术实现思路

[0003]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电解液以及锂金属电池，其可以有效改善金属锂电极表面性质并抑制锂枝晶的生成。
[0004]为了实现本专利技术的目的，本专利技术提供的电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括式I所示的磺内酰胺化合物：
[0005][0006]其中，
[0007]R选自取代或未取代的C
1-C
10
>烃基，取代基选自苯基、C
1-C6烷基、C
1-C6烯基；
[0008]X为硫原子或磷原子；
[0009]R1和R2各自独立地选自氧原子、氟原子、氯原子、溴原子、取代或未取代的C
1-C
10
烃基，其中取代基含有氟、氯、溴、碘、氮、氧、硫、硅、硼、磷中的一种或几种元素；且R1和R2不同
时为氧原子。
[0010]本专利技术还提供一种包括如上所述的电解液的锂金属电池。
[0011]相对于现有技术，本专利技术至少包括如下所述的有益效果：
[0012]1、本专利技术的添加剂磺内酰胺化合物遇到电池体系内的微量水分，能够原位产生SO2气体，SO2进而与锂金属负极发生原位微反应，形成含硫的无机酸盐，改善锂金属表面组成和无机属性，提升锂金属电池的循环性能。
[0013]2、本专利技术的电解液中的添加剂磺内酰胺化合物含有磺酰基团，在正极、负极表面均能形成由硫酸盐、磺酸锂盐和聚磺酰亚胺等物质组成的界面膜。由此形成的界面膜具有良好的导离子能力，有利于降低电池的阻抗，并且界面膜能抑制正、负电极与电解液之间的过度副反应，从而改善电池的循环性能。
具体实施方式
[0014]下面详细说明根据本专利技术的电解液以及锂金属电池。
[0015]本专利技术提供的电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括式I所示的磺内酰胺化合物：
[0016][0017]其中，
[0018]R选自取代或未取代的C
1-C
10
烃基，取代基选自苯基、C
1-C6烷基、C
1-C6烯基；
[0019]X为硫原子或磷原子；
[0020]R1和R2各自独立地选自氧原子、氟原子、氯原子、溴原子、取代或未取代的C
1-C
10
烃基，其中取代基含有氟、氯、溴、碘、氮、氧、硫、硅、硼、磷中的一种或几种元素；且R1和R2不同时为氧原子。
[0021]本专利技术的电解液的一个实施方案中，所述添加剂包括结构式I-1所示的磺内酰胺化合物：
[0022][0023]其中，X为磷原子且R1和R2各自独立地选自F、Cl、Br或选自卤素取代的C
1-C4的烃基，
[0024]或X为硫原子，R2为氧原子，R1选自F、Cl、Br或选自卤素取代的C
1-C4的烃基；
[0025]n为1、2或3。
[0026]优选地，本专利技术的电解液的添加剂磺内酰胺化合物中，R1或R2选自F、-CH3、-C2H5、-C3H7、-C4H9、-CF3、-C2F5、直链-C3F7、直链-C4F9、-CH2CF3、-CH(CF3)2。在电池循环中，这些含氟取代基可产生LiF，而微量LiF对锂金属电池性能有改善作用。
[0027]优选地，以电解液质量计，所述磺内酰胺化合物在电解液中的质量百分含量为0.5％～15％，优选为3％～10％。在本专利技术的锂金属电池中，如果电解液中的添加剂磺内酰胺化合物在电解液中质量百分含量过低，则锂金属电池工作过程中产生SO2气体含量较低，无法有效改善锂金属表面的性质；而添加剂磺内酰胺化合物含量过高，则会导致电解液体系粘度增大，影响电池内部锂离子传导。
[0028]作为本专利技术所述电解液的一种改进，电解液中还可添加其他本领域技术公知的用于提高锂金属电池性能的添加剂，例如SEI膜成膜添加剂、阻燃添加剂、防过充添加剂、导电添加剂等。本领域技术人员可以根据需要进行添加。
[0029]优选地，所述有机溶剂可选自碳酸酯、羧酸酯、硫酸酯、磷酸酯、酰胺类、腈类、醚类中的至少一种。例如，碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、乙酸乙酯、酸酐、N-甲基吡咯烷酮、N-甲基甲酰胺、N-甲基乙酰胺、乙腈、环丁砜、二甲亚砜、乙烯亚硫酸酯、丙烯亚硫酸酯、三乙基磷酸酯、甲基乙基亚磷酸酯、甲硫醚、二乙基亚硫酸酯、亚硫酸二甲酯、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、1,3-二氧戊环、四氢呋喃、含氟环状有机酯、含硫环状有机酯中的一种或几种。所述有机溶剂在电解液中的质量百分含量可为60％～90％。
[0030]优选地，所述锂盐任选自有机锂盐、无机锂盐中的一种或几种。例如，所述锂盐选自LiPF6、LiBF4、LiTFSI、LiClO4、LiAsF6、LiBOB、LiDFOB、LiTFOP、LiN(SO2R
F
)2、LiN(SO2F)(SO2R
F
)中的至少一种，其中取代基R
F
＝C
n
F
2n+1
，n为1～10的整数。优选地，所述锂盐在电解液中的浓度为0.5mol/L～10mol/L，优选为1mol/L～5mol/L。
[0031]本专利技术的另一方面提供了一种锂金属电池，其包括正极、电解液、负极和设置在正极与锂金属负极之间的隔离膜；其中，电解液为本专利技术第一方面所述的电解液，所述负极包括含锂金属材料；所述含锂金属材料为金属锂或锂合金。锂合金包括Li-Sn合金、Li-Sn-O合
金、Li-Mg合金、Li-B合金及Li-Al合金中的一种或几种。其中，特别需要说明的是，磺内酰胺化合物不仅会与锂金属发生原位反应，而且与锂合金中的另外一种物质也会发生反应，从而提升了其改善锂负极表面特性的作用。
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电解液，包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括结构式I所示的磺内酰胺化合物：其中，R选自取代或未取代的C
1-C
10
烃基，取代基选自苯基、C
1-C6烷基、C
1-C6烯基；X为硫原子或磷原子；R1和R2各自独立地选自氧原子、氟原子、氯原子、溴原子、取代或未取代的C
1-C
10
烃基，其中取代基含有氟、氯、溴、碘、氮、氧、硫、硅、硼、磷中的一种或几种元素；且R1和R2不同时为氧原子。2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述添加剂包括结构式I-1所示的磺内酰胺化合物：其中，X为磷原子且R1和R2各自独立地选自F、Cl、Br或选自卤素取代的C
1-C4的烃基，或X为硫原子，R2为氧原子，R1选自F、Cl、Br或选自卤素取代的C
1-C4的烃基；n为1、2或3。3.根据权利要求2所述的电解液，其特征在于，所述R1或R2选自F、-CH3、-C2H5、-C3H7、-C4H9、-CF3、-C2F5、直链-C3F7、直链-C4F9、-CH2CF3、-CH(CF3)2。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：刘成勇，郭永胜，梁成都，范铨，
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：