碳酸酯类电解液及其制备方法以及锂金属电池技术

一种碳酸酯类电解液，其包括碳酸酯类

【技术实现步骤摘要】
碳酸酯类电解液及其制备方法以及锂金属电池


[0001]本专利技术涉及一种碳酸酯类电解液及其制备方法，以及采用所述碳酸酯类电解液的锂金属电池
。

技术介绍

[0002]随着社会的不断进步，各种电动交通工具和便携电子产品的需求不断增大，传统的锂离子电池的能量密度已趋于其理论能量密度，不足以满足日益增长的社会需求
。
因此，研究更高能量密度的可充电电池成为研究热点
。
锂金属具有最高的理论克电容量
(3860mAh/g)
并且有相对低的电化学还原电位
(
‑
3.04V)
，使其成为目前各界最瞩目的负极材料
。
然而，在实际应用中，由于锂金属与碳酸酯类液态电解质进行充
/
放电行为时，极易产生锂枝晶同时快速的产生死锂
、
降低库伦效率以及降低电池循环寿命
。
因此，如何有效抑制锂枝晶的生长并抑制死锂，延长其在液态电解质内的循环寿命，进而得到高电容量锂金属负极电池在研究领域上是很重要的课题
。
[0003]为解决上述问题，目前最有效的方式是通过在电解液中加入一种添加剂，从而促进无机固体电解质界面
(SEI)
层的形成
。
所述
SEI
层与锂金属之间存在着很微弱的作用力，可加速锂离子在接口之间的传导并且同时抑制锂枝晶的形成
。
硝酸锂已经被证明是一种有效且关键的电解液添加剂，其在醚类电解液中具有高溶解度
。
然而，常规的醚类电解液由于电化学窗口窄，不能搭配高压正极材料使用
。
碳酸酯类电解液相较于醚类电解液具有更宽的电化学窗口，常在高压正极材料与锂金属负极的搭配下应用，但是硝酸锂在碳酸酯类电解液中的溶解度很低
。
因此，在碳酸酯类电解液中添加硝酸锂对实现高能电池具有重大意义
。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，确有必要提供一种含有硝酸锂的碳酸酯类电解液，并且该含有硝酸锂的碳酸酯类电解液可适用于高压正极材料
。
[0005]一种碳酸酯类电解液，其包括碳酸酯类
、
醚类
、
锂盐
、
硝酸锂和平面大环化合物
。
[0006]进一步，所述碳酸酯类和所述醚类的体积比为
1:2
～
2:1。
[0007]进一步，所述碳酸酯类和所述醚类的体积比为
1:1、2:1
或
1:2。
[0008]进一步，所述硝酸锂的重量百分比为
0.5wt
％～
5wt
％，所述平面大环化合物为
0.5
毫摩尔浓度～4毫摩尔浓度
。
[0009]进一步，所述碳酸酯类为环状碳酸酯类和
/
或链状碳酸酯类，所述环状碳酸酯类诸如碳酸乙烯酯
、
碳酸丙烯酯或其组合；所述链状碳酸酯类诸如碳酸二甲酯
、
碳酸二乙酯
、
碳酸甲乙酯或其组合
。
[0010]进一步，所述醚类为乙二醇二甲醚
、
二乙二醇二甲基醚
、
三乙二醇二甲基醚
、
四乙二醇二甲基醚或其组合
。
[0011]进一步，所述锂盐为双
(
三氟甲基磺酰
)
氨基锂
、
六氟磷酸锂
、
双氟磺酼亚胺锂
、
四
氟硼酸锂
、
二草酸硼酸锂
、
二氟草酸硼酸锂或其组合
。
[0012]进一步，所述平面大环化合物为卟啉
、
酞菁
、
冠醚
、
环糊精
、
杯芳烃或其组合，或卟啉的金属衍生物
。
[0013]进一步，所述碳酸酯类为碳酸乙烯酯
、
所述醚类为乙二醇二甲醚
、
所述锂盐为双
(
三氟甲基磺酰
)
氨基锂
、
所述平面大环化合物为卟啉
。
[0014]一种碳酸酯类电解液的制备方法，其包括以下步骤：
[0015]将碳酸酯类和醚类以一定体积比混合，得到电解液基液；
[0016]向所述电解液基液中加入锂盐；
[0017]待锂盐完全溶解后，加入硝酸锂，所述硝酸锂的重量百分比为
0.5wt
％～
5wt
％；以及
[0018]待硝酸锂溶解后，加入平面大环化合物，所述平面大环化合物为
0.5
毫摩尔浓度～4毫摩尔浓度
。
[0019]一种锂金属电池，其包括正极
、
负极
、
电解液和隔膜，所述正极的材料为高压正极材料，所述负极为锂金属，所述电解液为所述碳酸酯类电解液，或者所述电解液采用所述碳酸酯类电解液的制备方法而制备
。
[0020]进一步，所述高压正极材料的截止电压大于
4.2V。
[0021]与现有技术相比，本专利技术在调配碳酸酯类与醚类混合电解液的同时加入硝酸锂与平面大环化合物，使得在极低浓度的硝酸锂以及极低浓度的平面大环化合物加入后，锂金属电池不仅可以适用于高压正极材料，如锂镍钴锰三元正极材料
(NCM811)
等，而且在不同的充
/
放电速率下具有优异的稳定性
。
附图说明
[0022]图1为本专利技术提供的碳酸酯类电解液的制备方法的流程图
。
[0023]图2为本专利技术提供的锂金属电池的结构示意图
。
[0024]图3为本专利技术提供的钮扣型电池的结构示意图
。
[0025]图4为本专利技术提供的第一锂金属电池的充
/
放电结果图
。
[0026]图5为本专利技术提供的第二锂金属电池的充
/
放电结果图
。
[0027]图6为本专利技术提供的纽扣型电池的充
/
放电结果图
。
[0028]图7为本专利技术提供的纽扣型电池在不同充
/
放电速率下的比容量结果图
。
[0029]主要组件符号说明
[0030]锂金属电池
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
10
[0031]正极
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
12
[0032]负极
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
14
[0033]电解液
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
16
[0034]隔膜
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
18
[0035]外壳
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19
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种碳酸酯类电解液，其包括碳酸酯类，其特征在于，该碳酸酯类电解液进一步包括醚类
、
锂盐
、
硝酸锂和平面大环化合物
。2.
如权利要求1所述的碳酸酯类电解液，其特征在于，所述碳酸酯类和所述醚类的体积比为
1:2
～
2:1。3.
如权利要求1或2所述的碳酸酯类电解液，其特征在于，所述硝酸锂的重量百分比为
0.5wt
％～
5wt
％，所述平面大环化合物为
0.5
毫摩尔浓度～4毫摩尔浓度
。4.
如权利要求1或2所述的碳酸酯类电解液，其特征在于，所述碳酸酯类为环状碳酸酯或链状碳酸酯
。5.
如权利要求1或2所述的碳酸酯类电解液，其特征在于，所述平面大环化合物为卟啉
、
酞菁
、
冠醚
、
环糊精
、
杯芳烃或其组合，或卟啉的金属衍生物
。6.
如权利要求1或2所述的碳酸酯类电解液，其特征在于，所述醚类为乙二醇二甲醚
、
二乙二醇二甲基醚
、
三乙二醇二甲基醚
、
四乙二醇二甲基醚或其组合
。7.
如权利要求1所述的碳酸酯类电解液，其特征在于，所述锂盐为双
(
三氟甲基磺酰
)
氨基锂
、

【专利技术属性】
技术研发人员：陈韦兆，王品涵，赖鸿政，张曾隆，
申请(专利权)人：芯量科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：