一种锂金属电池电解液添加剂及其电解液和电池制造技术

本发明专利技术提供了一种锂金属电池电解液添加剂，属于电池电解液技术领域。上述锂金属电池电解液添加剂包括组分A和组分B，所述组分A为四正丁基碘化膦；所述组分B为三氟乙酸甲酯、三氟乙酸乙酯、三氟乙酸2,2,2

【技术实现步骤摘要】
一种锂金属电池电解液添加剂及其电解液和电池


[0001]本实用电池电解液
，尤其涉及一种锂金属电池电解液添加剂及其电解液和电池。

技术介绍

[0002]相对于能量密度较低的锂离子电池，锂金属电池使用锂金属作为负极彰显出独特的优势：锂金属被誉为“圣杯”负极，具有极高的理论比容量(3860 mAh/g)和最低的还原电势(
‑
3.04V vs.标准氢电极)。锂金属电池为满足更高能量密度的动力电池提供了新的希望，有望成为新一代的储能电池。
[0003]然而锂金属作为负极，在实际应用中也面临着许多问题。锂离子的非均匀沉积会造成SEI层的破裂和枝晶生长，这将会导致副反应的发生和电解液消耗，造成库伦效率(CE)降低，影响电池的循环稳定性。而枝晶的不可控生长严重时还会刺穿隔膜造成短路，带来安全隐患。而影响锂离子沉积的关键因素是锂负极表面的SEI(solid electrolyte interphase)层。SEI层是锂负极和电解液反应形成的一层钝化层。理想的SEI层需要足够坚韧，可以抑制枝晶的生长，同时还要有良好的离子导率和较差的电子导率：良好的离子导率保证了锂离子可以均匀快速通过SEI层，均匀沉积；较差的电子导率可以避免锂离子在 SEI层的沉积，防止造成SEI层破裂，避免形成死锂和枝晶。
[0004]SEI层的性质对锂离子的均匀沉积和锂枝晶生长具有至关重要的作用。电池电解液直接决定了锂负极表面SEI层的形成和组成。其中使用添加剂改善电解液来修饰SEI层是最为经济和具有应用前景的方法。理想的电解液添加剂会优先在锂负极表面还原形成稳定坚韧的SEI层，避免电解液其他组分与锂金属的副反应，同时添加剂还可以改善电解液的润湿性和离子传输等性能。因此开发一种电解液添加剂用于电解液改性，解决锂金属电池的枝晶等问题，提升锂金属电池的性能，具有重要的应用价值。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种锂金属电池电解液添加剂及其电解液和电池，所述添加剂可抑制枝晶的生长；同时能够提升电解液的润湿性能，获得更高性能的锂金属电池。
[0006]本专利技术提供了一种锂金属电池电解液添加剂，包括组分A和组分B，所述组分A为四正丁基碘化膦；所述组分B为三氟乙酸甲酯、三氟乙酸乙酯、三氟乙酸2,2,2
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三氟乙酯和三氟乙酸苯酯中的一种或几种。
[0007]优选的，所述组分A在电解液的使用量为0.001～0.100mol/L。
[0008]优选的，按体积百分比计，所述组分B为电解液的0.5～10％。
[0009]本专利技术提供了一种锂金属电池电解液，包括上述任意一项方案所述的添加剂。
[0010]优选的，还包括醚类溶剂和锂盐；所述醚类溶剂中锂盐的摩尔浓度为 0.9～1.4M。
[0011]优选的，所述醚类溶剂为乙二醇二甲醚和1,3
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二氧戊环的混合液；所述乙二醇二甲醚和1,3
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二氧戊环的体积比0.8～1.2:1。
[0012]优选的，所述锂盐为双三氟甲基磺酰亚胺锂和硝酸锂的混合液；所述双三氟甲基磺酰亚胺锂和硝酸锂的摩尔比为0.8～1.1：0.1～0.3。
[0013]本专利技术提供了一种锂金属电池，包括正极片、负极片、隔膜和上述任意一项方案所述的电解液。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果在于：
[0015]本专利技术提供了一种锂金属电池电解液添加剂，包括组分A和组分B，所述组分A为四正丁基碘化膦；所述组分B为三氟乙酸甲酯、三氟乙酸乙酯、三氟乙酸2,2,2
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三氟乙酯和三氟乙酸苯酯中的一种或几种。本专利技术提供的电解液在锂负极表面参与形成稳固的SEI层，诱导锂离子均匀沉积，抑制枝晶的生长；同时添加剂的使用可以显著提升电解液的润湿性能，获得更高性能的锂金属电池。
附图说明
[0016]图1为实施例5的电解液与隔膜接触的图片；
[0017]图2为对比例3的电解液与隔膜接触的图片。
具体实施方式
[0018][0019]下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0020]本专利技术提供了一种锂金属电池电解液添加剂，包括组分A和组分B，所述组分A为四正丁基碘化膦；所述组分B为三氟乙酸甲酯、三氟乙酸乙酯、三氟乙酸2,2,2
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三氟乙酯和三氟乙酸苯酯中的一种或几种。
[0021]在本专利技术中，所述组分A在电解液的使用量优选为0.001～0.100mol/L，更优选为0.05～0.08mol/L。
[0022]在本专利技术中，按体积百分比计，所述组分B优选为电解液的0.5～10％，更优选为1～5％。
[0023]本专利技术提供的添加剂组分A和组分B可通过与锂金属负极反应，形成富含无机成分(LiF、LiI)和有机成分(
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CF3基团)的无机
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有机复合的SEI层。由于 LiF和LiI具有表面能比较高和扩散能垒较低的优点，利于传输锂离子，诱导锂离子均匀沉积，而富含有机成分可以提高SEI的韧性，有利于抑制枝晶生长。同时，得益于所用含氟有机添加剂独特的性质，具有较小的表面张力，可以有效提高电解液与隔膜的润湿性。
[0024]本专利技术提供了一种锂金属电池电解液，包括上述任意一项方案所述的添加剂。
[0025]在本专利技术中，所述电解液优选还包括醚类溶剂和锂盐，在本专利技术中，所述锂盐在电解液中的浓度优选为0.9～1.4mol/L，更优选为1.0～1.2mol/L。
[0026]在本专利技术中，所述醚类溶剂优选为乙二醇二甲醚(DME)和1,3
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二氧戊环 (DOL)的混合液；所述乙二醇二甲醚和1,3
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二氧戊环的体积比优选为0.8～1.2:1。在本专利技术中，采用醚类溶剂可以在磷酸铁锂电池中具有较好的稳定性，可以得到较好的电池循环性能。
[0027]在本专利技术中，所述锂盐优选为双三氟甲基磺酰亚胺锂和硝酸锂的混合液；所述双三氟甲基磺酰亚胺锂和硝酸锂的摩尔比优选为0.8～1.1：0.1～0.3。在本专利技术中，双三氟甲基磺酰亚胺锂具有较好的稳定性，可以提供更高的电导率以及锂离子迁移数。硝酸锂有助于提升电池性能。
[0028]本专利技术对所述组分A、组分B、醚类溶剂和锂盐的具体来源没有特殊限定，采用本领域常规市售产品即可。
[0029]本专利技术提供了一种锂金属电池，包括正极片、负极片、隔膜和上述任意一项方案所述的电解液。
[0030]在本专利技术中，所述正极片优选为磷酸铁锂正极片，所述正极片的直径优选为10～12mm。所述负极片优选为锂负极片；所述负极片的直径优选为12～16mm。所述隔膜优选为Celgard2400；直径优选为17～19mm。
[0031]为了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂金属电池电解液添加剂，其特征在于，包括组分A和组分B，其特征在于，所述组分A为四正丁基碘化膦；所述组分B为三氟乙酸甲酯、三氟乙酸乙酯、三氟乙酸2,2,2
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三氟乙酯和三氟乙酸苯酯中的一种或几种。2.根据权利要求1所述的添加剂，其特征在于，所述组分A在电解液的使用量为0.001
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0.100mol/L。3.根据权利要求1所述的添加剂，其特征在于，按体积百分比计，所述组分B为电解液的0.5～10％。4.一种锂金属电池电解液，其特征在于，包括权利要求1～3任意一项所述的添加剂。5.根据权利要求4所述的电解液，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：周克斌，杨识途，王哲，胡明镇，
申请(专利权)人：中国科学院大学，
类型：发明
国别省市：