[發(fā)明專利]一種對鋰穩(wěn)定的丁二腈基固態(tài)電解質(zhì)、制備方法及其應(yīng)用

有效

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• 申請日: 2018-12-18
• 公開（公告）號: CN109638350B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 謝科予;沈超;侯倩
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/0525
• 代理公司: 西安銘澤知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61223
• 代理人: 李振瑞

本發(fā)明公開了一種對鋰穩(wěn)定的丁二腈基固態(tài)電解質(zhì)，由以下重量百分比的組分制成：丁二腈50?89％、鋰鹽10％?40％、成膜添加劑0.1％?10％。本發(fā)明還公開了該對鋰穩(wěn)定的丁二腈基固態(tài)電解質(zhì)的制備方法，包括以下步驟：S1、按重量百分比稱取丁二腈、鋰鹽、成膜添加劑，備用；S2、將S1中稱取的丁二腈加熱至熔融，加入S1中稱取的鋰鹽，攪拌8h，得到混合溶液，接著加入S1中稱取的成膜添加劑，60～100℃攪拌8～12h，得到電解液，然后滴涂在多孔隔膜表面，即得到丁二腈基固態(tài)電解質(zhì)。本發(fā)明還公開了該固態(tài)電解質(zhì)在全固態(tài)鋰電池上的應(yīng)用，該固態(tài)電解質(zhì)能降低固態(tài)電解質(zhì)與Li片之間的界面阻抗，提高電池的性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種對鋰穩(wěn)定的丁二腈基固態(tài)電解質(zhì)、制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

鋰離子電池已廣泛用作現(xiàn)代便攜式電子設(shè)備的電源，例如筆記本電腦，手機(jī)等。然而，這些電池電解質(zhì)溶劑多為易泄露有機(jī)溶劑，且溶劑易燃。為了避免此類安全問題的發(fā)生，需要替換液態(tài)電解液為不燃或不易燃的電解質(zhì)。

而且鋰電池電解質(zhì)的實用性取決于電解質(zhì)的鋰離子遷移數(shù)、電化學(xué)窗口、塑晶溫度范圍以及對鋰的穩(wěn)定性。鋰金屬作為一種質(zhì)輕(密度＝0.534g/cm³)，電位低(-3.045V vsSHE)的電極材料具有大的理論比容量，可大大提升電池的能量密度，但充放電過程中鋰枝晶的生長容易刺破隔膜，造成安全隱患。因而為了提高鋰離子電池的能量密度和安全性，選用固態(tài)電解質(zhì)制備全固態(tài)鋰離子電池已成為研究熱點。

丁二腈作為一種潛在的固態(tài)電解質(zhì)溶劑，分子結(jié)構(gòu)中腈基的存在會導(dǎo)致其對金屬鋰不穩(wěn)定，即發(fā)生金屬鋰催化腈聚合的副反應(yīng)，從而限制了腈類溶劑在鋰金屬電池中的應(yīng)用，近年來，研究者們嘗試了多種改性方法，試圖制備高對鋰穩(wěn)定性丁二腈基固態(tài)電解質(zhì)，以用于鋰金屬電池。常用的方法有摻雜共溶劑(如FEC、EC等)得到雙溶劑體系，摻雜鹽(如LiTFSI等)得到雙鹽體系，或者摻雜惰性氧化物(如功能化二氧化硅等)試圖將腈基固定于惰性基質(zhì)表面，限制其反應(yīng)。然而這些工作可能導(dǎo)致電解質(zhì)喪失了固態(tài)特性，或?qū)︿嚪€(wěn)定性能的改善程度并不理想。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種對鋰穩(wěn)定的丁二腈基固態(tài)電解質(zhì)、制備方法及其應(yīng)用。

本發(fā)明的第一個目的是提供一種對鋰穩(wěn)定的丁二腈基固態(tài)電解質(zhì)，由以下重量百分比的組分制成：丁二腈50-89％、鋰鹽10％-40％、成膜添加劑0.1％-10％。

優(yōu)選的，鋰鹽為無機(jī)鋰鹽、有機(jī)鋰鹽中的一種或兩種。

優(yōu)選的，無機(jī)鋰鹽為高氯酸鋰(LiClO₄)、四氟硼酸鋰(LiBF₄)、六氟磷酸鋰(LiPF₆)、三氟甲磺酸鋰(LiCF₃SO₃)、硝酸鋰(LiNO₃)中的一種。

優(yōu)選的，有機(jī)鋰鹽為二(三氟甲基磺酰)亞胺鋰(LiN(CF₃SO₂)₂)、二草酸硼酸鋰(C₄BLiO₈)、二氟草酸硼酸鋰(LiBF₂C₂O₄)、雙腈胺鋰(LiDCA)中的一種。

優(yōu)選的，成膜添加劑為有機(jī)成膜添加劑、無機(jī)成膜添加劑中的一種。

優(yōu)選的，有機(jī)成膜添加劑為亞硫酸酯類、磺酸酯、含亞乙烯基的有機(jī)不飽和化合物、有機(jī)硼化物中的一種。

優(yōu)選的，無機(jī)成膜添加劑為CO₂氣體、SO₂氣體、碳酸鋰中的一種。

本發(fā)明的第二個目的是提供一種上述對鋰穩(wěn)定的丁二腈基固態(tài)電解質(zhì)的制備方法，包括以下步驟：