[發明專利]一種鋰金屬電池用原位負極表面處理方法

有效

• 申請號: 201911325019.2
• 申請日: 2019-12-20
• 公開（公告）號: CN111029651B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 楊明;張晶;趙岳;徐睿;丁飛;劉興江
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十八研究所
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/052
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標代理有限公司 12101
• 代理人: 張倩

本發明涉及一種鋰金屬電池用原位負極表面處理方法，包括以下步驟：(1)制備鋰電池基礎電解液；將氟代碳酸酯、氟代醚和氟代磷腈按比例混合制備混合添加劑；(2)將上述混合添加劑直接加入到鋰電池基礎電解液中，攪拌均勻，制得鋰金屬電池總電解液；其中，所述混合添加劑的添加質量占鋰金屬電池總電解液質量的10％?30％；(3)將上述鋰金屬電池總電解液注入電池中。本發明利用氟代碳酸酯、氟代醚以及氟代磷腈混合制備添加劑，在金屬鋰負極表面還原生成氟化物保護層，從而抑制了鋰枝晶的生長，提高電池的循環壽命，同時添加劑具有阻燃性，提升了電池安全性。

技術領域

本發明屬于鋰電池技術領域，特別是涉及一種鋰金屬電池用原位負極表面處理方法。

背景技術

鋰電池作為一種高性能儲能器件，具有能量密度高、使用壽命長、無記憶效應等諸多優點，目前已經廣泛應用于智能手機、筆記本電腦、便攜數碼產品等3C消費電子領域，并且逐漸向新能源汽車、多功能無人機等高能量、高功率動力能源領域擴展。當前以石墨、硅碳等材料為負極的鋰離子電池比能量達到了300Wh/kg，并已接近理論極限，未來需要發展具有更高比能量的電池技術。

鋰金屬電池被稱為是儲能領域的“圣杯”，鋰金屬負極的理論容量高達3680mAh/g，是石墨負極的十倍，金屬鋰負極的應用可大幅提升電池的儲能密度，使得鋰電池能夠突破400Wh/kg。但是，鋰金屬電池的研發伴隨著嚴峻的挑戰。由于金屬鋰具有高反應活性，易與電解液發生副反應導致電池庫倫效率降低，負極表面鋰的不均勻沉積也會導致鋰枝晶的形成，容易引起電池短路造成電池安全性事故，此外循環過程中鋰金屬的粉化和較大的體積變化也阻礙了鋰金屬電池未來的發展。

為了實現鋰金屬電池的商業開發和利用，需要對鋰金屬負極做處理以抑制鋰枝晶的生長和死鋰的產生，目前主要采用如固態電解質、構建人造電解質保護膜、研發新型成膜添加劑等方法，其中最有效的方法是在負極構建固態電解質保護層(SEI)。SEI層是一層電子絕緣保護層，能夠阻止電解液與金屬鋰之間的副反應，抑制鋰枝晶的產生和鋰金屬循環過程中大體積變化的問題。但在上述方法中，正負極與固態電解質接觸界面問題仍很突出，人造電解質保護層難以大面積均勻成膜。而通過成膜添加劑原位生成SEI的方法，能夠與現有電池生產工藝緊密結合，具備良好的材料兼容性，適用于工業化開發和生產，具有廣闊的發展潛力。

發明內容

本發明的目的在于針對鋰金屬負極在循環過程中易生長鋰枝晶、易粉化，導致金屬鋰電池循環壽命短、安全性差的問題，從而提出了一種鋰金屬電池用原位負極表面處理方法，該方法利用氟代碳酸酯、氟代醚以及氟代磷腈混合制備添加劑，在金屬鋰負極表面還原生成氟化物保護層，從而抑制了鋰枝晶的生長，提高電池的循環壽命，同時添加劑具有阻燃性，提升了電池安全性。

本發明是這樣實現的，一種鋰金屬電池用原位負極表面處理方法，包括以下步驟：

(1)制備鋰電池基礎電解液；將氟代碳酸酯、氟代醚和氟代磷腈按比例混合制備混合添加劑；

(2)將上述混合添加劑直接加入到鋰電池基礎電解液中，攪拌均勻，制得鋰金屬電池總電解液；其中，所述混合添加劑的添加質量占鋰金屬電池總電解液質量的10％-30％；

(3)將上述鋰金屬電池總電解液注入電池中。

在上述技術方案中，優選的，所述混合添加劑中，氟代碳酸酯的質量含量為30％-50％，所述氟代醚的質量含量為30％-50％，所述氟代磷腈的質量含量為1％-40％。

在上述技術方案中，優選的，所述氟代碳酸酯為氟代碳酸乙烯酯(C₃H₃FO₃)。

在上述技術方案中，優選的，所述氟代醚為線性結構，結構中含有四個碳原子或者五個碳原子。

在上述技術方案中，優選的，所述氟代磷腈為乙氧基五氟環三磷腈和/或六氟環三磷腈。