一种提升倍率性能的复合添加剂、电解液及锂金属电池制造技术

本发明专利技术公开了一种提升倍率性能的复合添加剂、电解液及锂金属电池。所述提升倍率性能的复合添加剂包括偏硫酸铝衍生物和功能性添加剂；所述偏硫酸铝衍生物的结构式如下所示：其中，R1、R2均独立地选自

【技术实现步骤摘要】
一种提升倍率性能的复合添加剂、电解液及锂金属电池


[0001]本专利技术涉及一种提升倍率性能的复合添加剂，具体涉及一种提升倍率性能的锂金属电解液复合添加剂，还涉及一种包含该复合添加剂的锂金属电解液以及相应的锂金属电池，属于锂离子电池


技术介绍

[0002]锂离子电池因能量密度大、循环寿命长、对环境友好等特点，成为新能源汽车、航天航空和储能领域不可或缺的重要能源。目前，新能源汽车蓬勃发展，对续航里程、安全性能、快速充放电等要求不断攀升，对锂离子电池的发展提出新的挑战。锂金属电池，采用金属锂负极，金属锂负极具有超高理论比容量（3860 mAh/g）、极低的电极电位（
‑
3.04 V相较于标准氢电极）和较低的质量，有望成为下一代高能量密度电池的中流砥柱。
[0003]锂金属电池电池在循环过程中，依然存在枝晶等问题，阻碍其实际应用。而锂金属电池电解液，被称为电池的血液，通常由锂盐、溶剂、稀释剂和添加剂组成。其中，添加剂能够以微量的存在影响电池整体性能，改善电解液电导率、粘度以及与电极的兼容性，在电池性能上表现出阻燃、安全电压升高、循环性能和倍率性能提升等。而目前针对锂金属电池的添加剂，数量上较少，成份上较为单一，性能提升方面较为微弱，因此进一步开发新型复合添加剂对锂金属电池的发展具有重要意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于提供一种提升倍率性能的复合添加剂，以克服现有技术的不足。
[0005]本专利技术的另一目的还在于提供一种包含该复合添加剂的锂金属电解液以及相应的锂金属电池。
[0006]为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：本专利技术实施例提供了一种提升倍率性能的复合添加剂，其包括：偏硫酸铝衍生物和功能性添加剂；所述偏硫酸铝衍生物的结构式如式（1）所示：
[0007]式（1）其中，R1、R2均独立地选自
‑
CF3、
‑
CHF2、
‑
CH2F、
‑
N
‑
C2H6、甲基、羟基、烷基中的任意一种或两种以上的组合。
[0008]在一些实施例中，所述功能性添加剂包括LiNO3、LiFSI、LiTFSI、磺酰胺类化合物
中的任意一种或两种以上的组合。
[0009]本专利技术实施例还提供了一种锂金属电解液，其包括：前述的提升倍率性能的复合添加剂、锂盐、有机溶剂和稀释剂。
[0010]本专利技术实施例还提供了一种锂金属电池，包括含活性材料的正极、负极、隔膜以及前述的锂金属电解液。
[0011]与现有技术相比，本专利技术的有益效果至少在于：1）本专利技术通过提供偏硫酸铝衍生物，并作为锂金属电池电解液添加剂，促进形成含有Al
3+
的SEI，调控电解液中Li
+
分布，减少浓度差区域的出现，从而减少枝晶的生成，促进Li
+
的传输。与其他含有N的功能性添加剂协同作用，引入N原子，形成富含Li3N的组分，相较于LiF，Li3N有较高的Li
+
电导率，促进在SEI中的传输，同时因含有高含量的无机组分，保证SEI具有一定的韧性，保持电解液与金属锂负极的隔绝，防止SEI的持续生成，保证锂金属电池的稳定性；2）本专利技术提供的高性能锂金属电解液具有较高的离子电导率和较高的稳定电压，所制备的锂金属电池表现出较高的循环稳定性和倍率性能。
具体实施方式
[0012]针对技术背景存在的难关，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案，其主要是从电解液设计出发，通过合成相应结构的添加剂，搭配功能性添加剂，形成高效的提升倍率性能的锂金属电解液复合添加剂，还搭配锂盐、有机溶剂、稀释剂，形成高性能锂金属电池电解液。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
[0013]本专利技术实施例的一个方面提供的一种提升倍率性能的锂金属电解液复合添加剂包括偏硫酸铝衍生物和功能性添加剂；所述偏硫酸铝衍生物的结构式如式（1）所示：式（1）其中，R1、R2为取代基，且均独立地选自
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CF3、
‑
CHF2、
‑
CH2F、
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N
‑
C2H6、甲基、羟基、烷基等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
[0014]在一些优选实施方案中，所述偏硫酸铝衍生物与功能性添加剂的摩尔比为（1~3）：1。
[0015]在一些优选实施方案中，所述功能性添加剂包括LiNO3、LiFSI、LiTFSI、磺酰胺类化合物等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
[0016]在一些优选实施方案中，所述锂金属电解液复合添加剂中Al与N的摩尔比范围为（1~3）：1。
[0017]本专利技术复合添加剂的协同机理可能在于：通过合成偏硫酸铝衍生物电解液添加
剂，并作为锂金属电池电解液添加剂，搭配相关功能性添加剂，形成高性能复合添加剂，通过添加剂的功能团的多组分协同作用，形成含有Al
3+
、Li3N成分的SEI，调控电解液中Li
+
分布，提升Li
+
在SEI中的迁移速率，Al
3+
的存在能够调控溶液中Li
+
的分布，减少Li
+
浓度差区域的出现，从而减少Li枝晶的生成，促进Li
+
的传输。
[0018]与含有N的功能性添加剂协同作用，引入N原子，形成富含Li3N的组分，相较于LiF，Li3N有较高的Li
+
电导率，促进在SEI中的传输，同时因含有高含量的无机组分，保证SEI具有一定的韧性，保持电解液与金属锂负极的隔绝，防止SEI的持续生成，保证锂金属电池的稳定性，在电池性能上表现出优异的倍率性能和循环性能。
[0019]本专利技术实施例的另一个方面还提供了包含前述复合添加剂的锂金属电解液，其包括：所述提升倍率性能的复合添加剂、锂盐、有机溶剂和稀释剂。
[0020]在一些优选实施方案中，所述锂金属电解液中提升倍率性能的复合添加剂的质量分数为1~10wt%，优选为1~5.5wt%。
[0021]在一些优选实施方案中，所述锂盐、有机溶剂与稀释剂的摩尔比范围为1：（0.5~5）：（1~8），优选为1：（1~3）：（2~6）。
[0022]在一些优选实施方案中，所述锂盐可以包括LiPF6、LiTFSI、LiDFOB、LiCF3SO3、LiBETI、LiBF4、LiClO4、LiBOB、LiTFSI等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
[0023]在一些优选实施方案中，所述有机溶剂包括酯类溶剂、醚类溶剂等中的一种或两种的组合。
[0024]进一步地，所述酯类溶剂可以包括碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
[0025]进一步地，所述醚类溶剂可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提升倍率性能的复合添加剂，其特征在于，包括偏硫酸铝衍生物和功能性添加剂；所述偏硫酸铝衍生物的结构式如式（1）所示：式（1）其中，R1、R2均独立地选自
‑
CF3、
‑
CHF2、
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CH2F、
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N
‑
C2H6、甲基、羟基、烷基中的任意一种或两种以上的组合。2.根据权利要求1所述的提升倍率性能的复合添加剂，其特征在于：所述偏硫酸铝衍生物与功能性添加剂的摩尔比为（1~3）：1。3.根据权利要求1所述的提升倍率性能的复合添加剂，其特征在于：所述功能性添加剂包括LiNO3、LiFSI、LiTFSI、磺酰胺类化合物中的任意一种或两种以上的组合。4.根据权利要求1所述的提升倍率性能的复合添加剂，其特征在于：所述复合添加剂中Al与N的摩尔比为（1~3）：1。5.一种锂金属电解液，其特征在于，包括：权利要求1
‑
4中任一项所述的提升倍率性能的复合添加剂、锂盐、有机溶剂和稀释剂。6.根据权利要求5所述的锂金属电解液，其特征在于：所述锂金属电解液中提升倍率性能的复合添加剂的质量分数为1~10wt%；所述锂盐、有机溶剂与稀释剂的摩尔比为1：（0.5~5）：（1~8）。7.根据权利要求6所述的锂金属电解液，其特征在于：所述锂盐包括LiPF6、LiTFSI、LiDFOB、LiCF3SO3、LiBETI、LiBF4、LiClO4、LiBOB、LiTFSI中的任意一种或两种以上的组合；和/或，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：周飞，周莉莎，李国庆，张跃钢，
申请(专利权)人：安徽盟维新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：