[發(fā)明專(zhuān)利]一種防熱失控的添加劑及其在二次鋰金屬電池中的應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810388743.9
• 申請(qǐng)日: 2018-04-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108615941B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 崔光磊;張煥瑞;王鵬;董杉木;徐紅霞
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所
• 主分類(lèi)號(hào): H01M10/0567
• 分類(lèi)號(hào): H01M10/0567;H01M10/42;H01M10/052
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明涉及一種防熱失控的添加劑及其在二次鋰金屬電池中的應(yīng)用。該添加劑的鏈端含有不飽和雙鍵和鋰金屬負(fù)極界面成膜或阻燃結(jié)構(gòu)，能夠在電池循環(huán)過(guò)程中在鋰金屬負(fù)極表面形成穩(wěn)定的SEI層，不僅提高了鋰金屬負(fù)極與電解質(zhì)的接觸，并使其組裝的鋰金屬電池具有優(yōu)良的長(zhǎng)循環(huán)性能；另一方面，添加劑的不飽和雙鍵可以在電池過(guò)熱時(shí)吸收熱量而聚合，與含有的阻燃基團(tuán)起到阻斷燃燒，防止電池?zé)崾Э氐淖饔谩１景l(fā)明也提供了上述添加劑在鋰金屬電池中的應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰金屬電池領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種防熱失控的添加劑及其在二次鋰金屬電池中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

鋰離子電池由于能量密度高，可靠性好的優(yōu)點(diǎn)，在移動(dòng)設(shè)備、電動(dòng)汽車(chē)、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域取得了巨大發(fā)展。然而，目前商業(yè)化的鋰離子電池仍然存在一定的安全隱患，以及能量密度較低難以滿(mǎn)足市場(chǎng)需求的問(wèn)題。以鋰金屬為負(fù)極的鋰離子電池，具有最高的理論比容量（3860 mAhg^-1），最低的氧化還原電位（-3.04 V vs.標(biāo)準(zhǔn)氫電極），成為能源儲(chǔ)存領(lǐng)域的“圣杯”；因此，構(gòu)筑鋰金屬電池成為解決目前鋰離子電池能量密度難以滿(mǎn)足市場(chǎng)需求問(wèn)題的重要舉措。然而，鋰金屬電池存在界面不穩(wěn)定，易生長(zhǎng)鋰枝晶，導(dǎo)致電池壽命的縮短和性能的下降，并可能造成嚴(yán)重的安全問(wèn)題。這是因?yàn)殇嚺c電解質(zhì)接觸會(huì)發(fā)生許多副反應(yīng)，生成電化學(xué)不可逆的產(chǎn)物，從而降低鋰沉積和脫出過(guò)程的庫(kù)倫效率。另外，鋰沉積和脫出過(guò)程本質(zhì)上是不均勻的。在電池循環(huán)過(guò)程中，鋰金屬局部會(huì)發(fā)生沉積或脫出速度較快，導(dǎo)致此區(qū)域發(fā)生較大的體積膨脹。而這種鋰金屬不均勻的體積膨脹，易造成本身易破碎的SEI層發(fā)生變形和破裂。同時(shí)，這些破裂的SEI區(qū)域在鋰沉積和剝離過(guò)程中具有較低的阻抗，于是進(jìn)一步加劇了鋰金屬負(fù)極界面副反應(yīng)和體積膨脹的問(wèn)題，加劇了鋰枝晶在破裂區(qū)的生長(zhǎng)，嚴(yán)重降低了電池的循環(huán)穩(wěn)定性。如果鋰枝晶刺穿隔膜，將會(huì)導(dǎo)致電池短路，誘發(fā)著火甚至爆炸等安全問(wèn)題。總體來(lái)說(shuō)，這類(lèi)高能量密度電池性能不足的關(guān)鍵原因在于SEI層無(wú)法適應(yīng)負(fù)極的動(dòng)態(tài)體積變化，易發(fā)生破裂導(dǎo)致更多副反應(yīng)的發(fā)生，不均勻的鋰沉積以及鋰枝晶的生長(zhǎng)，從而極大降低了電池的循環(huán)性能，阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。