[發明專利]鋰原電池用改性電解液

在審

• 申請號: 202011352850.X
• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN112448036A
• 公開（公告）日: 2021-03-05
• 發明（設計）人: 周盈科;湯志豪;周宣;田小慧;李平;劉嘉璐
• 申請（專利權）人: 武漢科技大學
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/0568;H01M10/0569;H01M10/052;H01M10/42
• 代理公司: 深圳市六加知識產權代理有限公司 44372
• 代理人: 崔肖肖;向彬

本發明涉及鋰原電池用改性電解液，所述電解液包括有機溶劑、鋰鹽和一種或多種電解液添加劑。其技術方案是：所述鋰原電池用改性電解液中配置有1％?10％(以原始電解液的質量為1換算成質量比)的添加劑，所述電解液添加劑為具有較低還原電位的化合物。本發明通過在鋰原電池用電解液中加入具有較低還原電位的化合物作為添加劑，不僅明顯提升了鋰原電池的實際比容量，還能夠在負極鋰片表面生成穩定的SEI膜，減少了鋰枝晶生長刺穿隔膜造成電池短路的隱患和“死鋰”的產生，而且因為含氮或含氟的化合物作為添加劑的種類繁多，并且配置電解液時流程簡單，降低了電解液的成本，易于實現大規模生產。

技術領域

本發明屬于鋰原電池技術領域。特別涉及一種鋰原電池用改性電解液。

背景技術

以金屬鋰為負極的鋰原電池(不可再充電的鋰一次電池)，如鋰-錳電池、鋰-二氧化硫電池、鋰-亞硫酰氯電池、鋰-氟化碳電池等，具有高比能、大容量、高可靠性等特點，已在儲能領域得到了廣泛的運用。鋰原電池主要是由正極材料、電解液和金屬鋰負極三個部分構成，其在進行首次充放電過程中，金屬鋰與電解液發生反應，在金屬鋰片與電解質之間的固體電解質中間相界面上形成鈍化膜，該鈍化膜對于電子是絕緣體，而對于Li⁺是導體，允許Li⁺自由脫嵌，所以這層鈍化膜被稱之為“固態電解質界面膜”，簡稱SEI膜。在鋰電池中，理想的SEI膜不僅要求對電子絕緣，且允許離子通過SEI膜，還要求其機械柔韌性好，適應不同程度的體積膨脹，并有著相對穩定的形貌和結構。經過大量的研究發現，SEI層的組成和結構與溶劑、電解質鹽以及添加劑密切相關。SEI膜主要由無定型基質無機成分組成，例如LiF、Li₂CO₃、Li₂O等，無機鹽作為SEI膜中的主要成分可以使SEI膜具有較強的機械強度，提高SEI膜致密均勻性。電解液是生成SEI膜的還原反應物的主要來源，其中溶劑和鋰鹽都會對SEI膜的性質產生影響。近年來的研究表明，SEI膜的組成和結構與電解液中的添加劑密切相關，特別是首次充放電過程中，添加劑分子若能優先于電解液中的溶劑分子發生還原反應，則有助于形成穩定的SEI膜，從而改善鋰電池的各項性能。因此，合適電解液添加劑的選取是在鋰負極表面生成穩定SEI膜的關鍵因素。

發明內容

本發明為解決公知技術中存在的技術問題現有技術中電池實際比容量低、容量衰減過快等問題。

本發明包括如下技術方案：

本發明提供了鋰原電池用改性電解液，所述電解液包括有機溶劑、鋰鹽和一種或多種電解液添加劑，具體的：

所述鋰原電池用改性電解液中配置有1％-10％質量比的電解液添加劑，所述電解液添加劑為具有較低還原電位的化合物；

其中，所述1％-10％質量比，是以原始電解液的質量為參照，進行電解液添加劑質量歸一化換算成質量比后得到。

優選的，所述鋰原電池為鋰-二氧化錳電池、鋰-二氧化硫電池、鋰-二硫化鐵電池、鋰-亞硫酰氯電池、鋰-氟化碳電池和鋰-氟化鋁電池中的一種。

優選的，所述較低還原電位的化合物為氟代碳酸乙烯酯、亞硫酸丙烯酯、亞硫酸丁烯酯、亞硫酸乙烯酯、乙腈、己二腈和丁二腈中的一種或者多種組合。

優選的，所述鋰原電池用電解液中的電解質為陰離子電解質鋰鹽；所述鋰原電池用電解液的溶劑為醛類溶劑、醚類溶劑或酯類溶劑中的一種或多種溶劑混合。

優選的，所述陰離子電解質鋰鹽為LiClO₄、LiAlO₄、LiPF₆、LiAsF₆、LiBF₆、LiBr、LiCF₃SO₃、LiN(SO₂F)₂和LiN(SO₂CF₃)₂的一種或多種的混合物。