[發(fā)明專利]一種對鋰負(fù)極穩(wěn)定的耐高壓凝膠電解質(zhì)及其制備方法

在審

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• 申請日: 2022-06-30
• 公開（公告）號: CN115051029A
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 盧赟;趙晨穎;蘇岳鋒;陳來;閆康;李寧;黃擎;曹端云;王萌;吳鋒
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/0525;H01M10/058
• 代理公司: 北京正陽理工知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11639
• 代理人: 張利萍

本發(fā)明涉及一種對鋰負(fù)極穩(wěn)定的耐高壓凝膠電解質(zhì)及其制備方法，屬于凝膠聚合物電解質(zhì)技術(shù)領(lǐng)域。所述電解質(zhì)由PVDF?HFP膜和電解液組成；所述電解液由鋰鹽I、酯類有機(jī)溶劑、醚類有機(jī)溶劑和鋰鹽II組成；所述酯類有機(jī)溶劑中由DEC和FEC組成或由EMC和FEC組成；所述醚類有機(jī)溶劑為18?冠醚?6、15?冠醚?5或12?冠醚?4；所述鋰鹽II為硝酸鋰，鋰鹽I與鋰鹽II不同。將醚類有機(jī)溶劑和鋰鹽II加入到由鋰鹽I和酯類有機(jī)溶劑組成的混合溶液中，加熱攪拌得到電解液，將PVDF?HFP膜浸泡于電解液中，得到所述電解質(zhì)，其與高鎳正極和鋰負(fù)極的界面相容性均較好，能抑制鋰枝晶生長，提升電池的循環(huán)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種對鋰負(fù)極穩(wěn)定的耐高壓凝膠電解質(zhì)及其制備方法，屬于凝膠聚合物電解質(zhì)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鋰離子電池為移動(dòng)電子產(chǎn)品、電動(dòng)汽車以及儲(chǔ)能電網(wǎng)的發(fā)展作出了巨大的貢獻(xiàn)。目前提高鋰電池的安全性和能量密度仍然是需要攻克的難題。凝膠聚合物電解質(zhì)具有較高的離子電導(dǎo)率、柔韌性等成為固態(tài)電解質(zhì)體系中重要的研究方向之一。此外，凝膠電解質(zhì)可避免液體電解液泄漏的問題，具有較高的安全性能，而且省去了隔膜等惰性材料提升了電池的能量密度。

聚偏氯乙烯-六氟丙烯的共聚物(PVDF-HFP)是一個(gè)兩相結(jié)構(gòu)，由晶態(tài)的PVDF和非晶態(tài)HFP組成。晶態(tài)的PVDF可以作為機(jī)械支撐，非晶態(tài)的HFP提供更多的空間，從而可以捕獲大量的液體。因此，PVDF-HFP常與增塑劑一起復(fù)合，得到具有一定機(jī)械強(qiáng)度和離子電導(dǎo)率的凝膠電解質(zhì)。常見的凝膠電解質(zhì)增塑劑常由碳酸酯類有機(jī)溶劑和鋰鹽組成，類似于商業(yè)電解液成分，如此得到的凝膠電解質(zhì)可以與高壓正極匹配。

鋰金屬具有3860mAh g^-1的比容量和-3.04V的低電壓，可以提升電池的能量密度。當(dāng)金屬鋰作為負(fù)極與凝膠電解質(zhì)匹配時(shí)，在循環(huán)中也避免不了液態(tài)體系中的一些問題，比如鋰枝晶的生長和副反應(yīng)，從而使電池的循環(huán)性能下降。

硝酸鋰(LiNO₃)可形成富含氮化鋰的界面層，有利于調(diào)節(jié)鋰離子運(yùn)輸以及保護(hù)鋰負(fù)極。同時(shí)，硝酸鋰的加入可以改變鋰的沉積形貌，由枝狀到球形的轉(zhuǎn)換，極大的緩解了鋰枝晶的生長。

硝酸鋰常用于醚基電解液中去穩(wěn)定負(fù)極界面，但是醚基電解液一般只能與低壓(＜4V)的正極(如LiFePO₄)相兼容；而硝酸鋰在碳酸酯類的電解質(zhì)中溶解度很低，導(dǎo)致硝酸鋰無法應(yīng)用于由高壓正極(如高鎳正極)和鋰負(fù)極組成的高壓電池中，進(jìn)而無法解決所述高壓電池中，界面相容性差、鋰枝晶生長以及低庫倫效率的問題。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，為了解決硝酸鋰無法溶解在酯類有機(jī)溶劑中，進(jìn)而無法解決由高壓正極和鋰負(fù)極組成高壓電池，其所存在的界面相容性差、鋰枝晶生長以及低庫倫效率的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種對鋰負(fù)極穩(wěn)定的耐高壓凝膠電解質(zhì)及其制備方法，所述凝膠電解質(zhì)中將硝酸鋰引入了含有酯類有機(jī)溶劑的凝膠電解質(zhì)中，提高了凝膠電解質(zhì)與高鎳(NCM)正極、以及凝膠電解質(zhì)與鋰負(fù)極的界面相容性，同時(shí)抑制了鋰枝晶的生長，提升了電池的循環(huán)性能。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，提供以下技術(shù)方案。

一種對鋰負(fù)極穩(wěn)定的耐高壓凝膠電解質(zhì)，所述電解質(zhì)由聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)膜和電解液組成；

所述電解液由鋰鹽I、酯類有機(jī)溶劑、醚類有機(jī)溶劑和鋰鹽II組成；

所述鋰鹽I為現(xiàn)有技術(shù)中鋰離子電池電解液中所用的鋰鹽；且鋰鹽I不是硝酸鋰(LiNO₃)；

所述酯類有機(jī)溶劑由酯類有機(jī)溶劑I和酯類有機(jī)溶劑II按照體積比為(1～3):1組成；所述酯類有機(jī)溶劑I為碳酸二乙酯(DEC)或碳酸甲乙酯(EMC)；所述酯類有機(jī)溶劑II為氟代碳酸乙烯酯(FEC)；

所述醚類有機(jī)溶劑為18-冠醚-6、15-冠醚-5或者12-冠醚-4；