本發(fā)明屬于電解液，具體涉及一種用于鋰金屬電池快速充電的電解液。

背景技術(shù)：

1、隨著消費(fèi)電子、電動汽車和智能電網(wǎng)等領(lǐng)域的快速發(fā)展，人類社會對高能量密度電池的需求顯著增加。盡管現(xiàn)有的鋰離子電池在商業(yè)化應(yīng)用方面取得了巨大成功，但目前其能量密度已接近理論極限，難以滿足未來應(yīng)用對高性能電池的需求。得益于金屬鋰極高的理論比容量(約3860mah/g)和最低的電極電勢(-3.04v，相對于標(biāo)準(zhǔn)氫電極)，鋰金屬電池被認(rèn)為是下一代高能量密度儲能設(shè)備的有力候選者。然而，鋰金屬電池在實(shí)際應(yīng)用中面臨許多挑戰(zhàn)，尤其是電解液與鋰金屬負(fù)極的相容性問題，這嚴(yán)重制約了其商業(yè)化進(jìn)程。

2、在鋰金屬電池的充放電過程中，鋰金屬負(fù)極易出現(xiàn)鋰枝晶生長現(xiàn)象。隨著循環(huán)次數(shù)的增加，鋰枝晶逐漸累積，最終可能刺穿隔膜，導(dǎo)致內(nèi)部短路，并引發(fā)電池?zé)崾Э?，從而帶來?yán)重的安全隱患。在快速充電條件下，鋰枝晶的生長更加明顯，導(dǎo)致電池性能迅速惡化。這一問題的根源在于電極/電解質(zhì)界面的不穩(wěn)定性。鋰金屬與傳統(tǒng)電解液之間復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，這些反應(yīng)不僅會導(dǎo)致不均勻的固態(tài)電解質(zhì)界面(sei)的形成，還會引起電解液的不可逆分解，進(jìn)一步加劇鋰金屬表面的不穩(wěn)定性。在傳統(tǒng)電解液體系中，溶劑和鋰鹽在鋰金屬表面易發(fā)生反應(yīng)，生成低離子電導(dǎo)率的有機(jī)物。這種sei膜不僅阻礙了鋰離子的快速傳輸，還導(dǎo)致其在充放電過程中反復(fù)破裂和重建，造成電解液的持續(xù)消耗，最終導(dǎo)致電池失效。

3、為了應(yīng)對鋰金屬電池在實(shí)際應(yīng)用中面臨的挑戰(zhàn)，眾多研究人員致力于通過優(yōu)化電解液的成分來調(diào)控鋰金屬負(fù)極表面的固態(tài)電解質(zhì)界面(sei)膜，以抑制鋰枝晶的生長，進(jìn)而提升電池的循環(huán)穩(wěn)定性。然而，大多數(shù)改進(jìn)工藝過于復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。因此，在快速充電條件下，利用簡單的電解液優(yōu)化方案來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的鋰金屬電池仍然面臨巨大挑戰(zhàn)。因此，開發(fā)一種簡單且能夠在鋰金屬負(fù)極表面形成穩(wěn)定且具有高離子電導(dǎo)率的固態(tài)電解質(zhì)界面(sei)層的電解液，從而改善鋰沉積的均勻性，已成為解決這一問題的關(guān)鍵策略。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種用于鋰金屬電池快速充電的電解液，能在鋰金屬表面構(gòu)建了一種兼具高離子電導(dǎo)率和高機(jī)械強(qiáng)度的sei膜，進(jìn)而改善鋰沉積的均勻性，提升快充充電工作條件下鋰金屬電池的循環(huán)壽命。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、一種用于鋰金屬電池快速充電的電解液，包括有機(jī)溶劑、鋰鹽和添加劑，所述有機(jī)溶劑為有機(jī)碳酸酯溶液，所述鋰鹽在電解液中的濃度范圍為0.5～1.5mol/l，所述添加劑為3-環(huán)丁烯砜和lino3的混合物，3-環(huán)丁烯砜和lino3在電解液中的濃度分別為0.3～3mol/l和0.05～0.5mol/l。

4、優(yōu)選地，所述有機(jī)溶劑為碳酸乙烯酯(ec)、碳酸二甲酯(dmc)、氟代碳酸乙烯酯(fec)的混合物，其體積占比分別為47.5％、47.5％和5％。

5、優(yōu)選地，所述鋰鹽為六氟磷酸鋰(lipf6)、雙三氟甲基磺酰亞胺鋰、雙氟磺酰亞胺鋰、二氟草酸硼酸鋰、雙草酸硼酸鋰、四氟硼酸鋰和二氟磷酸鋰中的一種或幾種。

6、本發(fā)明的有益效果是：

7、本發(fā)明通過在碳酸酯類電解液中引入3-環(huán)丁烯砜和lino3添加劑，3-環(huán)丁烯砜能夠促進(jìn)lino3在商用碳酸酯類電解液中的溶解，li?no3和3-環(huán)丁烯砜能夠優(yōu)先在鋰金屬表面發(fā)生還原反應(yīng)，通過還原分解生成無機(jī)氮化物、硫化物和氧化物，從而在鋰金屬表面構(gòu)建了一種兼具高離子電導(dǎo)率和高機(jī)械強(qiáng)度的sei膜，進(jìn)而改善鋰沉積的均勻性，提升快充充電工作條件下鋰金屬電池的循環(huán)壽命。在鋰||銅(li||cu)半電池中，在2ma/cm2的高電流密度及2mah/cm2的面容量下，能穩(wěn)定循環(huán)100圈；在鋰||鋰(li||li)對稱電池中，在3ma/cm2的高電流密度及3mah/cm2的面容量下，能穩(wěn)定循環(huán)300h；在鋰||磷酸鐵鋰(li||lifepo4)全電池中，在5c和20c(1c＝170ma/g)的高倍率下分別進(jìn)行1000和4000個(gè)循環(huán)后，仍然能表現(xiàn)出超過90％的容量保持率。其長循環(huán)性能得到了大幅度提升。

技術(shù)特征：

1.一種用于鋰金屬電池快速充電的電解液，包括有機(jī)溶劑、鋰鹽和添加劑，其特征在于，所述有機(jī)溶劑為有機(jī)碳酸酯溶液，所述鋰鹽在電解液中的濃度范圍為0.5～1.5mol/l，所述添加劑為3-環(huán)丁烯砜和lino3的混合物，3-環(huán)丁烯砜和lino3在電解液中的濃度分別為0.3～3mol/l和0.05～0.5mol/l。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鋰金屬電池快速充電的電解液，其特征在于，所述有機(jī)溶劑為碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、氟代碳酸乙烯酯的混合物，其體積占比分別為47.5％、47.5％和5％。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鋰金屬電池快速充電的電解液，其特征在于，所述鋰鹽為六氟磷酸鋰、雙三氟甲基磺酰亞胺鋰、雙氟磺酰亞胺鋰、二氟草酸硼酸鋰、雙草酸硼酸鋰、四氟硼酸鋰和二氟磷酸鋰中的一種或幾種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的電解液在快充鋰金屬電池中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于電解液技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種用于鋰金屬電池快速充電的電解液，通過在碳酸酯類電解液中引入3?環(huán)丁烯砜和LiNO<subgt;3</subgt;添加劑，3?環(huán)丁烯砜能夠促進(jìn)LiNO<subgt;3</subgt;在商用碳酸酯類電解液中的溶解，LiNO<subgt;3</subgt;和3?環(huán)丁烯砜通過還原分解生成無機(jī)氮化物、硫化物和氧化物，從而在鋰金屬表面構(gòu)建了一種兼具高離子電導(dǎo)率和高機(jī)械強(qiáng)度的SEI膜，進(jìn)而改善鋰沉積的均勻性，提升快充充電工作條件下鋰金屬電池的循環(huán)壽命。

技術(shù)研發(fā)人員：陸敬予,伍業(yè)輝,王席浩,張坤,王翰堃,杜勝闖,周鈺寒,馬行宇,唐正奇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）（哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳科技創(chuàng)新研究院）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6