[發明專利]一種無負極二次鋰電池的電解液及無負極二次鋰電池和化成工藝

在審

• 申請號: 202011252820.1
• 申請日: 2020-11-11
• 公開（公告）號: CN112421185A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 崔光磊;謝斌;許高潔;劉海勝;陸迪
• 申請（專利權）人: 中國科學院青島生物能源與過程研究所
• 主分類號: H01M50/434
• 分類號: H01M50/434;H01M4/66;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0568;H01M10/0525;H01M10/058;H01M10/42
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 李穎

本發明屬于鋰電池技術領域，具體涉及一種無負極二次鋰電池的電解液及無負極二次鋰電池和化成工藝。液態電解液為以磺酰亞胺鋰和氟代烷氧基三氟硼酸鋰作為主鋰鹽，碳酸酯化合物?有機氟化合物作為有機溶劑體系，體系中加入功能添加劑。本發明還公開了一種無負極二次鋰電池化成工藝，即將無負極二次鋰電池在一定高溫(40～100℃)，一定壓力(0～3MPa)，一定真空度(0～?0.1MPa)中化成。本發明所提供的無負極二次鋰電池具有高能量密度、高安全性和長循環壽命等優點。

技術領域

本發明屬于鋰電池技術領域，具體涉及一種無負極二次鋰電池的電解液及無負極二次鋰電池和化成工藝。

背景技術

金屬鋰由于其具有極高的理論比容量(3840mAh g^-1)，同時具有最低的還原電位，所以被認為是理想的可充電電池負極材料。但目前，高能量密度“圣杯”鋰金屬二次電池的循環壽命短和安全性能差，其商業化發展受制于金屬鋰負極的過量使用導致體積膨脹大，快速粉化，枝晶生長嚴重及電解液大量消耗等諸多問題。因此，減少金屬鋰負極的過量使用對提高電池能量密度和安全性能意義重大。

B.J.Neudecker等在2000年提出了一種由正極材料、固態電解質和集流體組成的固態薄膜無負極電池(參見B.J.Neudecker等，Journal of The ElectrochemicalSociety,2000,147(2),517-523)，該電池直接使用負極集流體作為負極，在首次充電時，在負極集流體表面沉積金屬鋰，在放電過程中金屬鋰轉變為鋰離子回到正極，實現循環充放。近年來，基于液態電解液的無負極二次鋰電池的研究逐漸受到重視，因為其優勢明顯：1.不使用化學活性高的金屬鋰負極，生產環境(如濕度、溫度)要求降低，安全生產事故發生風險降低；2.首次充電前不具備電壓，可長時間儲存而不發生自放電，安全指數高；3.不使用負極活性材料，體積能量密度和質量能量密度極高。

但是，由于無負極電池循環過程中低的庫倫效率和較快的容量衰減，使無負極電池的發展受到了制約，其中由于銅集流體上存在不可控的電化學現象，使得無負極電池的實現非常困難。除濃度梯度和過電位現象外，銅表面電極在充電過程中的不光滑是造成Li沉積不均勻的主要原因。由于凸形表面具有較高的電流密度，它們是Li沉積聚集的地方，從而導致樹枝狀生長。不受控制的枝晶循環生長導致了死鋰和SEI的開裂。這反過來又使更多的鋰暴露在電解液中，造成鋰消耗和SEI增厚，導致低庫侖效率和快速的容量衰減。