一种可用于锂金属二次电池的电解液及其应用制造技术

本发明专利技术公开一种可用于锂金属二次电池的电解液及其应用。该电解液能使锂金属二次电池展现出更优的循环稳定性和倍率性能。所述电解液包含锂盐、有机溶剂和添加剂，锂盐溶解在有机溶剂中，所述有机溶剂为酯类溶剂，所述添加剂为苯基膦酸。本发明专利技术将苯基膦酸添加剂引入到电解液中，通过添加剂与电解液中锂离子配位反应，增大锂金属沉积过电位，细化沉积的锂金属颗粒大小，提高锂金属界面稳定性，最终提高锂金属电池的循环寿命。本发明专利技术制备过程简单，易于大规模生产，能满足锂金属负极在高能量密度的可充电电池的使用要求。的可充电电池的使用要求。的可充电电池的使用要求。

【技术实现步骤摘要】
一种可用于锂金属二次电池的电解液及其应用


[0001]本专利技术应用于锂金属二次电池及电化学领域，涉及一种含添加剂的锂金属二次电池电解液及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子二次电池因具有放电容量高、能量密度大、体积小重量轻、无记忆效应、清洁可再生等诸多优点，是21世纪最具发展前景的电化学储能器件，锂离子二次电池的研发和应用有利于解决环境污染问题和缓解化石能源危机。随着社会的不断进步，采用新能源汽车代替传统内燃机驱动汽车的需求不断增大，新型信息通讯技术、电动汽车、智能电网等产业的迅速发展对锂离子电池的容量、能量密度、寿命、安全性等方面提出了更高的要求。受困于锂离子电池能量密度的限制，便携式电子设备的使用时间以及电动汽车的行驶里程依然难以满足人们的实际需求，因此，研究更高能量密度的可充电电池成为研究热点。由于理论比容量高(3860mAh/g)，且氧化还原电位极低(
‑
3.04V vs.标准氢气电极),锂金属被认为是最理想的负极材料。但是，锂金属负极的应用，目前还面临着巨大的挑战。一方面，金属锂在沉积过程中容易产生枝晶，严重时会刺穿隔膜，导致电池短路，甚至还会引发安全事故。另一方面，锂金属的无限体积膨胀导致界面稳定性差，严重影响电池的循环性能。此外，极活泼的金属锂与有机电解液存在副反应，不稳定的固态电解质膜(SEI)会进一步消耗大量的金属锂和电解液，最终影响电池的库伦效率，缩短电池的寿命。为了解决上述问题，国内外科研工作者做了大量的研发工作，其中，调节电解液成分是一种简单且高效的方法。
[0003]武汉大学艾新平教授指出，采用与锂离子有强络合作用的络合剂来增大锂沉积反应的电化学极化，从而降低电极反应的交换电流密度，可以减少锂枝晶的生长。本专利技术采用一种操作简单、适用性广的方法，将苯基膦酸添加剂加入电解液中，通过添加剂与电解液中的锂离子发生配位，增大锂金属沉积过电位，细化沉积的锂金属颗粒大小，延长锂金属负极的循环寿命，提高电化学性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对锂金属负极枝晶生长的问题，提供一种实现苯基膦酸与电解液中锂离子发生配位反应，增大沉积过电位，细化沉积锂金属颗粒，从而抑制枝晶生长的方法。
[0005]本专利技术的技术方案如下。
[0006]一种可用于锂金属二次电池的电解液，包括电解质锂盐、有机溶剂和添加剂，在惰性气体的保护下，将所述电解质锂盐、添加剂溶解在有机溶剂中，所述添加剂为苯基膦酸。
[0007]具体为：在惰性气体的保护下，将锂盐按照一定浓度溶解在酯类溶剂中，搅拌溶解，得到酯类电解液，然后将一定量的苯基膦酸溶解在上述酯类电解液中，搅拌一段时间，得到无色透明的液体后即可组装锂金属电池。
[0008]进一步地，所述有机溶剂为酯类溶剂。
[0009]进一步地，所述酯类溶剂为碳酸乙烯酯EC、碳酸二乙酯DEC、碳酸二甲酯DMC、碳酸甲乙酯EMC、碳酸丙烯酯PC、氟代碳酸乙烯酯FEC的一种以上。
[0010]进一步地，所述电解质锂盐包括高氯酸锂LiClO4、四氟硼酸锂LiBF4、六氟砷酸锂LiAsO6、六氟磷酸锂LiPF6、双三氟甲烷磺酰亚胺锂LiTFSI、三氟甲磺酸锂LiCF3SO3和六氟铝酸锂Li3AlF6中的一种以上。
[0011]进一步地，所述电解质锂盐在电解液中的浓度为0.01～5mol/L。
[0012]进一步地，所述苯基膦酸对于电解液的质量分数为0.1wt.％
‑
5wt.％。
[0013]进一步地，所述惰性气体为氦气、氖气、氩气中的一种。
[0014]进一步地，苯基膦酸加入电解液后的搅拌时间为10min～4h。
[0015]一种锂金属二次电池电解液应用于组装锂金属二次电池，所述锂金属电池，主要由正极、负极、隔膜和电解液组成，所述正极材料为磷酸铁锂LiFePO4、钴酸锂LiCoO2、三元材料LiNi
x
Co
y
Mn1‑
y
O2或镍锰酸锂LiNi
0.5
Mn
1.5
O4；电解液为含有苯基膦酸的电解液。
[0016]上述应用中，所述负极材料为锂金属负极；所述隔膜为PP/PE/PP复合膜。
[0017]与现有技术相比，本专利技术提供的一种制备锂金属二次电池电解液的方法，具有如下的技术效果：
[0018](1)本专利技术具有制备步骤简单、操作简单、重复性好、适合规模化生产等优点。
[0019](2)本专利技术通过将苯基膦酸溶解于电解液中，苯基膦酸与电解液中锂离子发生配位反应，增大锂金属沉积过电位，从而细化沉积的锂金属颗粒，使得电池具有循环寿命更长、稳定性更好、安全性能更优异等优点，推进锂金属电池的实际应用。
附图说明
[0020]图1为实施例1中电解液添加了苯基膦酸和未添加苯基膦酸的Li||Li对称电池循环50圈后金属锂负极的SEM图。
[0021]图2为实施例1中电解液含有苯基膦酸的Li||Li对称电池的电压
‑
时间图。
[0022]图3为实施例2中含有苯基膦酸添加剂的电解液与空白电解液中铜箔表面沉积的锂金属的形貌图图。
[0023]图4为实施例3中添加苯基膦酸的酯类电解液组装电池的循环性能图。
[0024]图5为实施例4中空白酯类电解液与含有苯基膦酸的酯类电解液组装对称电池循环性能图。
[0025]图6为实施例5中空白酯类电解液与含有苯基膦酸的酯类电解液组装全电池循环性能图。
[0026]图7为实施例6中空白酯类电解液与含有苯基膦酸的酯类电解液组装全电池的比容量图。
[0027]图8为实施例9中空白酯类电解液与含有苯基膦酸的酯类电解液组装全电池的倍率性能对比图。
具体实施方式
[0028]在下面的描述中阐述了技术方案以便充分理解本专利技术申请。但是本发申请能够以很多不同于在此描述的的其他方法来实施，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前
提下所做类似推广实施例，都属于本专利技术保护的范围。下述实施例中的实验方法，如无特别说明，均为常规方法。
[0029]本专利技术方法为：
[0030]一种可用于锂金属二次电池的电解液，包括电解质锂盐、有机溶剂和添加剂，在惰性气体的保护下，将所述电解质锂盐、添加剂溶解在有机溶剂中，所述添加剂为苯基膦酸。
[0031]进一步地，所述有机溶剂为酯类溶剂。
[0032]进一步地，所述酯类溶剂为碳酸乙烯酯EC、碳酸二乙酯DEC、碳酸二甲酯DMC、碳酸甲乙酯EMC、碳酸丙烯酯PC、氟代碳酸乙烯酯FEC的一种以上。
[0033]进一步地，所述电解质锂盐包括高氯酸锂LiClO4、四氟硼酸锂LiBF4、六氟砷酸锂LiAsO6、六氟磷酸锂LiPF6、双三氟甲烷磺酰亚胺锂LiTFSI、三氟甲磺酸锂LiCF3SO3和六氟铝酸锂Li3AlF6中的一种以上。
[0034]进一步地，所述电解质锂盐在电解液中的浓度为0.01～本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可用于锂金属二次电池的电解液，其特征在于：包括电解质锂盐、有机溶剂和添加剂，在惰性气体的保护下，将所述电解质锂盐、添加剂溶解在有机溶剂中，所述添加剂为苯基膦酸。2.根据权利要求1所述可用于锂金属二次电池的电解液，其特征在于：所述有机溶剂为酯类溶剂。3.根据权利要求2所述可用于锂金属二次电池的电解液，其特征在于：所述酯类溶剂为碳酸乙烯酯EC、碳酸二乙酯DEC、碳酸二甲酯DMC、碳酸甲乙酯EMC、碳酸丙烯酯PC、氟代碳酸乙烯酯FEC的一种以上。4.根据权利要求1所述可用于锂金属二次电池的电解液，其特征在于：所述电解质锂盐包括高氯酸锂LiClO4、四氟硼酸锂LiBF4、六氟砷酸锂LiAsO6、六氟磷酸锂LiPF6、双三氟甲烷磺酰亚胺锂LiTFSI、三氟甲磺酸锂LiCF3SO3和六氟铝酸锂Li3AlF6中的一种以上。5.根据权利要求1所述可用于锂金属二次电池的电解液，其特征在于，所述电解质锂盐在电解液中的浓度为0.01～5mol/L。6.根据权利要求1所述可用于锂金属二次电池的电...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳柳章，邹品娟，曾美琴，朱敏，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：