[發明專利]一種金屬鋰電池電解液添加劑及其電解液

在審

• 申請號: 202310303580.0
• 申請日: 2023-03-27
• 公開（公告）號: CN116470136A
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發明（設計）人: 周清;張煥;崔旭梅;楊定宇
• 申請（專利權）人: 深圳市依卓爾能源有限公司;東莞市依卓爾能源有限公司;成都信息工程大學
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/42;H01M10/052
• 代理公司: 成都華復知識產權代理有限公司 51298
• 代理人: 余鵬

本發明提供了一種金屬鋰電池電解液添加劑及其電解液。本發明的鋰電池電解液添加劑具有特定化學結構,不飽和C＝C雙鍵引發聚合反應，在金屬鋰表面形成致密的聚合物固體電解質界面膜(SEI膜)，隔絕金屬鋰與電解液的副反應，并且F元素使金屬鋰表面生成的SEI膜中富含LiF，抑制鋰枝晶的生長。

技術領域

本發明涉及鋰電池技術領域，具體涉及一種金屬鋰電池電解液添加劑及其電解液。

背景技術

隨著便攜式電子產品和新能源汽車的快速發展和迅速增長，人們迫切需要開發更高能量密度的電池來滿足小型化、輕薄化的發展趨勢。傳統的石墨負極的理論比容量僅有372mAh?g^-1，導致目前以石墨為負極的鋰離子電池的能量密度很難超過300Wh?Kg^-1。金屬鋰負極(Li)具有最高的理論比容量(3860mAh?g^-1)和最負的電極電位(-3.04V?vs標準氫電極)，被認為是最理想的負極材料。例如采用金屬鋰為負極，磷酸錳鐵鋰為正極的鋰離子電池的能量密度可提高到440Wh?Kg^-1，而以金屬鋰為負極的鋰硫電池的理論能量密度更是高達2600Wh?Kg^-1。作為具有最高理論比容量的負極材料，金屬鋰負極有巨大的應用空間和潛力。然而，金屬鋰負極在充放電循環過程中存在著鋰枝晶的生長、不穩定的SEI膜以及巨大的體積變化等問題，這些問題造成金屬鋰電池循環穩定性差和庫倫效率偏低，而且鋰枝晶有可能造成電池短路，引發嚴重的安全問題，阻礙了金屬鋰二次電池的商業化應用。

目前，針對金屬鋰負極存在的問題，主要從電解液添加劑、非原位界面膜構建、構建三維骨架結構等方面出發對金屬鋰進行改性。其中在電解液中添加添加劑的方法相比其他的方法具有明顯的優勢。由于電解液的修飾不需要大幅度地更改電池的任何結構，操作簡單，易于工業化生產。只需在電解液中少量的添加(一般添加的質量分數＜5％)，就可以在金屬鋰表面形成穩定的SEI膜，從而改善金屬鋰負極性能，具有高效率、低成本的優點。Luo等人(Nature?Communications,2022,12(1):186)在醚類電解液中添加微量的咖啡酸，在循環過程中，電子會從金屬鋰轉移到咖啡酸的不飽和C＝C雙鍵引發聚合反應，在金屬鋰表面形成致密的含有聚合物的薄膜，提升了金屬鋰的電化學性能。Luo等人(Journal?ofColloidand?Interface?Science,2021,595,35-42)在碳酸酯類電解液中添加了1,3-二乙烯基四甲基二硅氧烷添加劑，該添加劑在金屬鋰表面形成了一層含硅元素的聚合物SEI薄膜。雖然上述的添加劑都在金屬鋰表面形成了一層致密的聚合物SEI，有效隔絕了電解液和金屬鋰的副反應，然而這些SEI膜的機械強度不夠，對鋰枝晶的抑制作用有限。因此，需要開發新型的添加劑，能在金屬鋰表面形成致密的、穩定的、高機械強度的SEI膜，有利于推動金屬鋰負極產業化應用進程。

發明內容

為解決現有技術存在的問題，本發明提供了一種金屬鋰電池電解液添加劑及其電解液，本發明的技術方案如下。

一種金屬鋰電池電解液添加劑，所述鋰電池電解液添加劑使得金屬鋰表面形成致密的聚合物固體電解質界面膜，所述鋰電池電解液添加劑的化學式為：

優選的，R¹、R²、R³為C1～C4的烷基、官能團中的一種任意一種，并且R¹、R²、R³中至少有一個是

優選的，所述的C1～C4的烷基為甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基或叔丁基。

一種金屬鋰電池電解液，所述金屬鋰電池電解液包括鋰鹽、有機溶劑和上述的金屬鋰電池電解液添加劑。

優選的，所述的有機溶劑為碳酸酯類或醚類溶劑。

優選的，所述的碳酸脂類溶劑為碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、1，4-丁丙酯中的至少一種。