含有稀土硼酸盐的锂金属电池用电解液及锂金属电池制造技术

本发明专利技术揭示了一种含有稀土硼酸盐的锂金属电池用电解液及锂金属电池。所述锂金属电池用电解液包括有机溶剂、电解质盐以及功能添加剂，其中，所述有机溶剂包括醚类溶剂、羧酸酯类溶剂和氟代烷类溶剂，所述电解质盐包括锂盐，所述功能添加剂包括成膜添加剂和稀土硼酸盐。本发明专利技术提供的锂金属电池用电解液，将无机稀土硼酸盐作为混合溶剂电解液的添加剂，稀土阳离子独特的4f轨道电子和4f空轨道在与配体发生相互作用时会形成复杂多样的配位结构，从而影响电解液中锂离子的溶剂化结构，使稀土硼酸盐在混合溶剂电解液中具有良好的溶解性，提升电池稳定性。池稳定性。池稳定性。

【技术实现步骤摘要】
mPa
·
s，且能够在
‑
40
‑
55 ℃下处于稳定状态。
[0011]本专利技术还提供了一种锂金属电池，包括前述的锂金属电池用电解液。
[0012]进一步地，所述锂金属电池的能量密度为400
‑
500 wh/kg、内阻小于10 mΩ，循环圈数大于200圈。
[0013]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术提供的一种锂金属电池用电解液，通过引入稀土硅酸盐，不仅解决了电芯内阻大的问题，而且使电芯的循环寿命得到了大幅度提高；并在电解液对溶剂体系（醚类溶剂、羧酸酯类溶剂、氟代烷类溶剂）及各类功能添加剂的选择以及加入的量，使电池达到了优异的电化学性能，锂金属电池的能量密度能达到400
‑
500 Wh/kg、内阻小于10mΩ，循环圈数大于200圈。
附图说明
[0014]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0015]图1是本申请中实施例1、实施例6、对比例2及对比例7配置的锂金属电解液制备获得的软包金属电芯的能量密度循环趋势图。
[0016]图2是本申请中实施例1、实施例3、实施例4、实施例7、实施例9、对比例1、对比例4及对比例6配置的锂金属电解液制备获得的软包金属电芯于不同温度下放电容量
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电压图。
[0017]图3是本申请中实施例5、实施例8、对比例3及对比例5配置的锂金属电解液制备获得的软包金属电芯的能量密度
‑
电压图。
具体实施方式
[0018]鉴于现有技术中的不足，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。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。
[0019]本专利技术实施例的一个方面提供了一种含有稀土硼酸盐的锂金属电池用电解液，包括有机溶剂、电解质盐以及功能添加剂，其中，所述有机溶剂包括醚类溶剂、羧酸酯类溶剂和氟代烷类溶剂，所述电解质盐包括锂盐，所述功能添加剂包括成膜添加剂和稀土硼酸盐。
[0020]在一些优选实施例中，所述含有稀土硼酸盐的锂金属电池用电解液包括：50
‑
70 wt%有机溶剂、1
‑
15 wt%电解质盐以及1
‑
15 wt %功能添加剂，其中，所述有机溶剂包括1
‑
60 wt%醚类溶剂、1
‑
30 wt%羧酸酯类溶剂和1
‑
30 wt%氟代烷类溶剂，所述电解质盐包括浓度为0.8
‑
1.8mol/L的锂盐，所述功能添加剂包括1
‑
8 wt%成膜添加剂和1
‑
7 wt%稀土硼酸盐。
[0021]在一些优选实施例中，所述醚类溶剂可以包括乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、丁基苯基醚、异丙醚，正丙醚、二甘醇二甲醚、苯甲醚、二丁醚等中的任意一种或两种以上的组合，但不局限于此。
[0022]在一些优选实施例中，所述羧酸酯类溶剂可以包括乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸丙酯、二氟乙酸乙酯、三氟乙酸乙酯、七氟丁酸乙酯等中的任意一种或两种以上的组合，但不局限于此。
[0023]在一些优选实施例中，所述氟代烷类溶剂可以包括1
‑
(2,2,2
‑
三氟乙氧基)
‑
1,1,2,2
‑
四氟乙烷、氟代十二烷、全氟己基碘烷、1,2
‑
二溴四氟乙烷、六氟环氧丙烷、八氟环丁烷、1,4
‑
二溴八氟丁烷等中的任意一种或两种以上的组合，但不局限于此。
[0024]本专利技术实施例提供的一种锂金属电池用电解液采用高离子电导率（5
‑
20 mS/cm）的混合溶剂体系（醚类溶剂、羧酸酯类溶剂、氟代烷类溶剂），使电解液具有适中的离子电导率（5
‑
20 mS/cm）和粘度（5
‑
10 mPa
·
s），在宽温度区间（
‑
40
‑
55 ℃）下处于稳定状态，不致于发生分解造成电池内部短路失效。
[0025]在一些优选实施例中，所述锂盐可以包括六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、硝酸锂、二氟磺酰亚胺锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂等中的任意一种或两种以上的组合，但不局限于此。
[0026]在一些优选实施例中，所述锂盐的浓度为0.8
‑
1.8 mol/L。
[0027]在一些优选实施例中，所述有机溶剂的离子电导率为1
‑
15mS/cm。
[0028]在一些优选实施例中，所述锂金属电池用电解液的离子电导率为5
‑
20 mS/cm、粘度为5
‑
10 mPa
·
s，且能够在
‑
40
‑
55 ℃下处于稳定状态。
[0029]在一些优选实施例中，所述成膜添加剂可以包括碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、1,3
‑
丙磺酸内酯、硫酸亚乙酯、4
‑
丙基硫酸亚乙酯、亚硫酸亚乙酯、甲烷二磺酸亚甲酯、二氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、双乙二酸硼酸锂等中的任意一种或两种以上的组合，但不局限于此。
[0030]本专利技术实施例提供的一种锂金属电池用电解液在电解液中含有氟代烷类溶剂、成膜添加剂，使正负极与电解液的界面形成钝化层，可以抑制电解液溶剂的持续分解和保护电极的结构稳定。
[0031]在一些优选实施例中，所述稀土硼酸盐中的稀土元素为镧、铈、镨、钕、铕、钆、铽、 镝、钬、铒、铥、镱或镥中任意一种或两种以上的组合。
[0032]本专利技术实施例提供的一种锂金属电池用电解液，将无机稀土硼酸盐作为混合溶剂电解液的添加剂，稀土阳离子独特的4f轨道电子和4f空轨道在与配体发生相互作用时会形成复杂多样的配位结构，从而影响电解液中锂离子的溶剂化结构，使稀土硼酸盐在混合溶剂电解液中具有良好的溶解性，提升电池稳定性。
[0033]本专利技术实施例的另一个方面提供了一种锂金属电池，包括前述的锂金属电池用电解液。
[0034]在一些优选实施例中，所述锂金属电池的能量密度为400
‑
500 wh/kg、内阻小于10 mΩ，循环圈数大于200圈。
[0035]本专利技术实施例提供的锂金属电池用电解液在电解液通过对溶剂体系（醚类溶剂、羧酸酯类溶剂、氟代烷类溶剂）及各类功能添加剂的选择以及加入的量控制，使电池达到了优异的电化学性能，锂金属电池的能量密度能达到400
‑
500 Wh/kg、内阻小于10mΩ，循环圈数大于200圈。
[0036]实施例1配置电解液：在充满氩气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含有稀土硼酸盐的锂金属电池用电解液，其特征在于包括有机溶剂、电解质盐以及功能添加剂，其中，所述有机溶剂包括醚类溶剂、羧酸酯类溶剂和氟代烷类溶剂，所述电解质盐包括锂盐，所述功能添加剂包括成膜添加剂和稀土硼酸盐。2.根据权利要求1所述的含有稀土硼酸盐的锂金属电池用电解液，其特征在于：所述含有稀土硼酸盐的锂金属电池用电解液包括50
‑
70 wt%有机溶剂、1
‑
15 wt%电解质盐以及1
‑
15 wt %功能添加剂，其中，所述有机溶剂包括1
‑
60 wt%醚类溶剂、1
‑
30 wt%羧酸酯类溶剂和1
‑
30 wt%氟代烷类溶剂，所述电解质盐包括浓度为0.8
‑
1.8 mol/L的锂盐，所述功能添加剂包括1
‑
8 wt%成膜添加剂和1
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7 wt%稀土硼酸盐。3.根据权利要求1或2所述的含有稀土硼酸盐的锂金属电池用电解液，其特征在于：所述醚类溶剂包括乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、丁基苯基醚、异丙醚，正丙醚、二甘醇二甲醚、苯甲醚、二丁醚中的任意一种或两种以上的组合。4.根据权利要求1或2所述的含有稀土硼酸盐的锂金属电池用电解液，其特征在于：所述羧酸酯类溶剂包括乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸丙酯、二氟乙酸乙酯、三氟乙酸乙酯、七氟丁酸乙酯中的任意一种或两种以上的组合。5.根据权利要求1或2所述的锂金属电池用电解液，其特征在于：所述氟代烷类溶剂包括1
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(2,2,2
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三氟乙氧基)
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1,1,2,2
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四氟乙烷、氟代十二烷、全氟己基碘烷、1...

【专利技术属性】
技术研发人员：周飞，周莉莎，徐文善，张跃钢，张豪杰，申晨彤，赵国猛，刘倩，周胜强，黄俊杰，
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：