锂金属电池用电解液及其锂金属电池制造技术

本发明专利技术公开了一种锂金属电池用电解液及其锂金属电池，该电解液包括混合有机溶剂和混合锂盐；混合有机溶剂包括γ

【技术实现步骤摘要】
锂金属电池用电解液及其锂金属电池


[0001]本专利技术属于锂金属电池
，具体涉及一种锂金属电池用电解液及其锂金属电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池自问世至今已成为人类生产生活不可或缺的部分，适用于各种条件下的电池也随着经济社会的发展应运而生。部分地区冬季气温会降低到
‑
20℃以下，而传统石墨负极的商用锂离子电池在
‑
20℃以下基本停止工作，所以在超低温下使用石墨负极是不实际的。锂金属负极理论比容量高达3860mA
·
h/g,是石墨负极材料的10倍，拥有最负的电化学电位(
‑
3.04V,vs.标准氢电极)，较低的密度(0.534g/cm3)，这对设计能在低温下工作的锂电池具有重要意义。低温下金属锂的枝晶生长问题成为了限制低温锂金属电池发展的重要问题，同时低温下电解液粘度增加分子动力学缓慢电导率低，电解液/电极界面阻抗和电荷转移阻抗增大也是电池性能降低的原因。
[0003]近年来学术界和工业界做出了巨大的努力来开发低温锂金属电池。电解液是电池的“血液”，选用新型锂盐，或混合溶剂，或加入添加剂是从电解液角度调整改性的有效策略，以期降低电解液粘度，提高电导率同时构建稳定的低阻抗的固体
‑
电解质界面膜(SEI)。
[0004]传统碳酸酯基电解液具有较大的粘度，这对提高锂金属电池低温电化学性能是不利的。线性羧酸酯具有较低的粘度，因此常作为共溶剂加入到电解液体系中从而降低体系粘度，但是在电池循环过程中羧酸酯易被氧化，降低电池容量。在众多候选锂盐中，四氟硼酸锂(LiBF4)是在低温电解液中应用广泛的锂盐。LiBF4热稳定性好、电荷转移阻抗小，但成膜效果差，单独使用难以满足商品化要求。
[0005]现有技术中或是只修饰溶剂，或是只采用新型锂盐，很少有研究报道两者同时修饰的。且大多数电解液改性后会使锂金属电池的常温电化学性能降低。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种锂金属电池用电解液，该电解液采用混合溶剂和混合锂盐的电解液配方，具有较低粘度且能在锂金属侧构建稳定的低阻抗的SEI层，抑制了锂枝晶的生长。最终，锂金属电池的常温循环性能和低温循环性能都得到了提升。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0008]一种锂金属电池用电解液，包括混合有机溶剂和混合锂盐；所述混合有机溶剂包括γ
‑
丁内酯和线性羧酸酯；所述混合锂盐包括锂盐I和锂盐II，所述锂盐I为卤代硼酸锂；所述锂盐II为二氟磷酸锂(LiPO2F2)、三草酸磷酸锂(LiP(CO2CO2)3)中的至少一种。优选的，所述线性羧酸酯为碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、丁酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯中的至少一种；所述卤代硼酸锂为四氟硼酸锂(LiBF4)、氯三氟硼酸锂(LiBF3Cl)中的至少一种。进一步优选的，所述混合有机溶剂还包括氟代碳酸乙烯酯(FEC)。
实施例3GBL：PP＝5：50.4M LiBF4+0.1M LiPO2F2实施例4GBL：PP＝3：70.4M LiBF4+0.1M LiPO2F2实施例5GBL：EP＝7：30.4M LiBF4+0.1M LiPO2F2实施例6GBL：EP＝5：50.4M LiBF4+0.1M LiPO2F2实施例7GBL：EP＝3：70.4M LiBF4+0.1M LiPO2F2实施例8GBL：EP：FEC＝7：3：10.4M LiBF4+0.1M LiPO2F2对比例1EC：DEC＝5：51M LiPF6对比例2EC：DEC＝5：51M LiBF4对比例3EC：DEC＝5：50.5M LiBF4对比例4EC：DEC＝5：50.4M LiBF4+0.1M LiPO2F2[0025]电池的组装与测试：
[0026]正极：将正极活性材料LiNi
0.8
Co
0.1
Mn
0.1
O2(NCM811)、粘结剂PVDF、导电剂SP按质量比8:1:1混合，加入N
‑
甲基吡咯烷酮，在高速震动球磨机中搅拌至稳定均一，获得正极浆料；将正极浆料均匀涂覆于铝箔上并转移至55℃的鼓风烘箱中干燥2h，然后经过冷压、分切得到直径为14mm正极片，每片容量约为2mAh。转移至55℃的真空干燥箱中真空干燥24h备用。
[0027]负极：使用直径15.6mm，厚度为0.45mm的金属锂圆片作为负极。
[0028]隔膜：将聚乙烯隔膜冲成直径为16mm的圆片作为隔膜使用。
[0029]使用上述正极、负极、隔膜和电解液组装CR2032扣式电池。采用Arbin BT2000测试系统对电池进行测试，常低温充放电电压范围为2.8～4.2V。以0.05C倍率对电池活化三圈后再以1C倍率进行循环测试；倍率测试则在0.1C活化2圈后分别用0.2C,0.5C，1C，2C,0.2C电流各循环5圈。低温测试时先以0.05C倍率对电池活化三圈后在室温充满电，转移至低温恒温箱静置6h后进行0.3C放电，随后在低温下以0.1C的倍率充电0.3C的倍率放电。
[0030]对实施例1～8及对比例1～4的电池在室温(25℃)和低温(
‑
20℃)进行了循环测试，测试结果见表2。实施例8及对比例4配制的电解液制成的电池的循环结果见图1及图2。
[0031]对在低温条件下循环后的实施例8及对比例4的电池做了交流
‑
阻抗测试，测试结果见图3。
[0032]拆解实施例8及对比例4中常温循环后的电池，取出其金属锂负极，用扫描电子显微镜(SEM)对其形貌进行表征。对比例4的表征结果见图4，实施例8的表征结果见图5。
[0033]表2：各实施例及对比例配制的电解液制成的电池的循环性能。
[0034][0035][0036]注：放电比容量是指常温下0.5C充电1C放电的首次放电比容量或低温下0.1C充电0.3C放电的首次放电比容量。常温下循环100圈后容量保持率为第100圈放电比容量与第4圈放电比容量的比值。低温下保持率是指电池在低温下的放电比容量与25℃下的放电比容量之比。
[0037]由以上对比可以看出，使用混合溶剂和混合锂盐的电解液与对比例的电解液相比，可以有效提高电池在常低温条件下的比容量和循环稳定性。得益于所形成的富含LiF和有机物的SEI膜。通过SEM的图像可以看出，使用混合溶剂和混合锂盐的电解液的电池其金属锂负极形貌更为完整均一，无锂枝晶的产生。
[0038]以上内容仅仅是对本专利技术所作的举例和说明，所属本
的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离专利技术的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本专利技术的保护范围。此外，本申请使用了某些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本申请构成任何限制。
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂金属电池用电解液，其特征在于：包括混合有机溶剂和混合锂盐；所述混合有机溶剂包括γ
‑
丁内酯和线性羧酸酯；所述混合锂盐包括锂盐I和锂盐II，所述锂盐I为卤代硼酸锂；所述锂盐II为二氟磷酸锂、三草酸磷酸锂中的至少一种。2.根据权利要求1所述的锂金属电池用电解液，其特征在于：所述混合有机溶剂还包括氟代碳酸乙烯酯。3.根据权利要求2所述的锂金属电池用电解液，其特征在于：所述线性羧酸酯为碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、丁酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯中的至少一种。4.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：项宏发，洪柳，王继锐，孙毅，王跃达，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：