一种电解液、锂金属电池及其制备方法、用电装置制造方法及图纸

本申请实施例提供一种电解液、锂金属电池及其制备方法、用电装置，涉及电池领域。电解液包括锂盐、有机溶剂和电解液添加剂，电解液添加剂的结构包括R

【技术实现步骤摘要】
一种电解液、锂金属电池及其制备方法、用电装置


[0001]本申请涉及电池领域，具体涉及一种电解液、锂金属电池及其制备方法、用电装置。

技术介绍

[0002]节能减排是汽车产业可持续发展的关键，电动车辆由于其节能环保的优势成为汽车产业可持续发展的重要组成部分。对于电动车辆而言，电池技术又是关乎其发展的一项重要因素。锂二次电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池，是应用广泛的一类电池。锂二次电池又分为锂离子电池和锂金属电池，目前的锂金属电池在循环过程中，负极存在锂枝晶问题。

技术实现思路

[0003]鉴于上述问题，本申请提供一种电解液、锂金属电池及其制备方法、用电装置，能改善负极表面亲锂化，促进锂均匀形核，提升锂金属电池的循环性能。
[0004]第一方面，本申请提供了一种电解液，包括电解液添加剂，电解液添加剂的结构包括R
‑
M
‑
X，其中，R包括烃基，M包括标准电极电位高于Li的金属，X包括阴离子或烃基，M能够和Li形成金属间化合物或合金固溶体，M用于在电池的负极集流体表面形成亲锂层。
[0005]本申请实施例的技术方案中，使用了R
‑
M
‑
X作为电解液添加剂，其中R烃基中的C和M之间形成半共价键，该半共价键键能接近共价键键能，当电位达到反应电位时，该半共价键缓慢断裂，M的离子被缓慢释放出。该电解液应用于锂金属电池时，一方面，M的标准电极电位高于Li，能够比Li优先得电子从而比Li优先沉积出来，在阳极集流体表面形成亲锂层，有效增加锂沉积活性位点；另一方面，由于亲锂层中的M能够和Li形成金属间化合物或合金固溶体，M与锂离子的结合力强于集流体与锂离子的结合力，即使负极表面亲锂化，具体地，锂离子从M得到电子的过电位小于从集流体上获得电子的过电位，因此M沉积形成亲锂层的亲锂能力比集流体更强，能够降低锂在阳极上的形核过电位，减少锂局域形核，抑制枝晶形成，从而使锂均匀形核，最终提升电池性能。
[0006]在一些实施例中，电解液添加剂的质量百分比不大于10%，可选地，电解液添加剂的质量百分比为1%~10%，可选为，2%~9%，可选为3%~6%。添加少量的电解液添加剂在电池化成后能够在阳极表面形成亲锂层，达到降低锂的形核过势的作用，同时减少因电解液添加剂残留对电解液本身的影响。
[0007]在一些实施例中，M包括Mg、Al、Mn和Zn中的至少一种。各金属的标准电极电位（反应电位）均比锂的要高，能够比锂优先沉积出来，从而在集流体表面形成亲锂层；且这些金属可以和锂形形成金属间化合物或合金固溶体，即形成的亲锂层能够使负极表面亲锂化。
[0008]在一些实施例中，R为碳原子数为1~10的烃基，可选地，R包括C
n
H
2n+1
，n为1~10。碳原子数为1~10的烃基中的C与M之间的键能接近共价键，从而使M能够缓慢释放出来，在集流体表面形成均匀沉积的亲锂层，减少因M金属离子快速释放导致金属团聚形成岛状而引起的
锂离子不均匀沉积的问题；烷烃基中的C周围均为饱和状态的单键，能够降低因引发有机基团在负极表面聚合而增大电池阻抗，造成容量损失。
[0009]在一些实施例中，X包括卤素，可选地，X选自Cl、Br、I和F中的至少一种。类格氏试剂R
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M
‑
X作为电解液添加剂，M和X之间由离子键连接，当充电电位达到反应电位时，类格氏试剂缓释出R烃基基团、M金属离子和X卤素离子，X卤素离子有利于形成稳定的界面膜SEI，且SEI含有卤化锂，能提高SEI离子电导率，有利于锂离子的均匀沉积。
[0010]在一些实施例中，X包括烃基，可选地，所述X包括碳原子数为1~10的烃基，可选地，X包括C
n
H
2n+1
，n为1~10。金属有机化合物R1
‑
M
‑
R2（R1、R2均为烃基）作为电解液添加剂，能够使M金属离子被缓慢释放出来。
[0011]在一些实施例中，M为Mg、X为Br。C
n
H
2n+1
MgBr作为电解液添加剂应用于锂金属电池，能够同时达到较好的原位亲锂和促进SEI生成的效果。
[0012]第二方面，本申请提供了一种锂金属电池，包括负极，负极包括负极集流体和顺次位于负极集流体表面的亲锂层，亲锂层包括M，M包括标准电极电位高于Li、且能够和Li形成金属间化合物或合金固溶体的金属。
[0013]本申请实施例的技术方案中，亲锂层使负极表面亲锂化，电池在充电的时候，锂能够和亲锂层中的M金属形成金属间化合物或合金固溶体，即能够促进锂均匀形核，提升锂金属电池的循环性能，电池在放电的时候，亲锂层中的锂能够正常溶解，从而达到循环充放电的效果。
[0014]在一些实施例中，亲锂层的平均厚度为50nm~100nm。亲锂层太薄则不容易形成，具体对于利用M金属经过化成在负极集流体表面形成亲锂层的情况，如果M金属太少，对应形成的亲锂层太薄，则容易导致亲锂层中的M金属由于纳米效应产生不均匀团聚，出现漏集流体；亲锂层太厚则M金属会消耗活性锂，降低电池库伦效率。
[0015]在一些实施例中，负极还包括位于亲锂层表面的界面膜，界面膜的厚度不超过1μm。微米级的界面膜SEI会严重损害电池的动力学。
[0016]在一些实施例中，界面膜含有LiX，X包括阴离子，可选地，X包括卤素。界面膜SEI中的卤化锂能够使锂均匀沉积，提高SEI离子电导率：LiCl、LiBr等可作为亲锂物质使锂均匀沉积；LiI、LiF等还可提升SEI的离子传导率，提升SEI的机械强度。
[0017]在一些实施例中，界面膜含有R，R包括烃基，可选地，R包括碳原子数为1~10的烃基，可选地，R包括C
n
H
2n+1
，n为1~10。
[0018]在一些实施例中，还包括电解液，电解液包括锂盐，锂盐包括双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、二草酸硼酸锂和二氟草酸硼酸锂中的至少一种。
[0019]第三方面，本申请提供了一种用电装置，其包括第二方面提供的锂金属电池，电池用于提供电能。
[0020]第四方面，本申请提供了一种第二方面提供的锂金属电池的制备方法，其包括以下步骤：将正极、负极集流体、电解液组装成电池，电解液包括锂盐、有机溶剂和电解液添加剂，电解液添加剂的结构包括R
‑
M
‑
X，其中，R包括烃基，M包括标准电极电位高于Li的金属，X包括阴离子或烃基，M能够和Li形成金属间化合物或合金固溶体；将电池进行化成。
[0021]本申请实施例的技术方案中，在电解液中添加上述电解液添加剂，所形成的电池经过化成后，能够利用M在负极集流体表面形成亲锂层，在充电过程中亲锂层中的M能够和Li形成金属间化合物或合金固溶体实现锂的沉积，也能够利用锂的溶解实现放电。
[0022]在一些实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电解液，其特征在于，包括电解液添加剂，所述电解液添加剂的结构包括R
‑
M
‑
X，其中，R包括烃基，M包括标准电极电位高于Li的金属，X包括阴离子或烃基，所述M能够和Li形成金属间化合物或合金固溶体，所述M用于在电池的负极集流体表面形成亲锂层。2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述电解液添加剂的质量百分比不大于10%。3.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述电解液添加剂的质量百分比为2%~9%。4.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述电解液添加剂的质量百分比为3%~6%。5.根据权利要求1或2所述的电解液，其特征在于，所述M包括Mg、Al、Mn和Zn中的至少一种。6.根据权利要求1或2所述的电解液，其特征在于，所述R包括碳原子数为1~10的烃基。7.根据权利要求6所述的电解液，其特征在于，所述R包括C
n
H
2n+1
，n为1~10。8.根据权利要求1或2所述的电解液，其特征在于，所述X包括卤素。9.根据权利要求8所述的电解液，其特征在于，所述X选自Cl、Br、I和F中的至少一种。10.根据权利要求1或2所述的电解液，其特征在于，所述X包括烃基。11.根据权利要求10所述的电解液，其特征在于，所述X包括碳原子数为1~10的烃基。12.根据权利要求6所述的电解液，其特征在于，所述M为Mg、X为Br。13.一种锂金属电池，其特征在于，包括负极，所述负极包括负极集流体和位于所述负极集流体表面的亲锂层，所述亲锂层包括M，所述M包括标准电极电位高于Li、且能够和Li形成金属间化合物或合金固溶体的金属。14....

【专利技术属性】
技术研发人员：关文浩，马莉，葛销明，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：