本發(fā)明屬于無負極鋰金屬電池，尤其涉及一種無負極鋰金屬電池用電解液、無負極鋰金屬電池。

背景技術(shù)：

1、目前，最先進的鋰離子電池正在達到其能量密度的理論極限，這促使人們尋找其他的電池系統(tǒng)。鋰金屬具有卓越的比容量(3860mah/g)和低工作電位(與標準氫電極相比為-3.04v)。盡管有這些優(yōu)點，但對于鋰金屬電池技術(shù)最近的研究方向主要圍繞使用較厚的金屬鋰箔以通過補償鋰來改善循環(huán)穩(wěn)定性。然而，鋰耗盡是由不可控的鋰枝晶生長引起的固有問題，并且其高成本、電池制造工藝復雜以及安全性等問題，鋰金屬負極不太可能被采用于實際電池中。因此，無負極鋰金屬電池(aflmb)作為克服鋰金屬電池缺點的新選擇吸引了很多地關(guān)注。由于無負極鋰金屬電池負極不需要使用金屬鋰箔，僅使用來自正極材料的鋰進行反應，因此可以最大化提高能量密度。然而，這類電池的庫侖效率(ce)和循環(huán)穩(wěn)定性與鋰金屬電池相比并不令人滿意，這主要是因為沒有鋰庫存來補充損失的鋰。此外，鋰金屬電池和無負極鋰金屬電池也遭受與鋰枝晶相關(guān)的問題，例如不穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面(sei)、“死鋰”的形成、電解質(zhì)耗盡以及在循環(huán)期間cu集流體上沉積金屬鋰的短路。

2、負極界面對無負極鋰金屬電池的性能有顯著影響，也直接受到電解液功能的影響，因此相應的性能高度依賴于電解液的選擇。這表明電解液對無負極鋰金屬電池性能的重要性。但是目前其他專利公開的無負極鋰金屬電池電解液的性能還有待進一步提高。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對以上技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種無負極鋰金屬電池用電解液、無負極鋰金屬電池，該電解液能夠有效抑制鋰枝晶的產(chǎn)生，彌補平常醚類溶劑抗氧化穩(wěn)定性差的缺點，提升電池庫倫效率和循環(huán)性能。其中無負極指無負極活性物質(zhì)。

2、對此，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

3、一種無負極鋰金屬電池用電解液，其包括有機溶劑、鋰鹽和添加劑；

4、所述有機溶劑為氟化1,4-二甲氧基丁烷和1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚的混合物，所述氟化1,4-二甲氧基丁烷和1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚體積比為2～5:1；

5、所述鋰鹽包括雙氟磺酰亞胺鋰、二氟草酸硼酸鋰中的至少一種；

6、所述添加劑包括碘化鋰、硝酸鋰中的至少一種，所述添加劑在所述電解液中的含量為0.1wt.％～1wt.％。

7、有機溶劑中，氟化1,4-二甲氧基丁烷的結(jié)構(gòu)式如式(1)所示

8、

9、氟化1,4-二甲氧基丁烷是通過用–cf2–基團選擇性官能化加長的醚主鏈來合成的，其分子能夠通過獨特的li-f相互作用來溶劑化li+離子，這有利于鋰金屬負極的兼容性和高電壓耐受性。選擇氟代醚溶劑氟化1,4-二甲氧基丁烷和1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚采用合適的比例，可以彌補醚類溶劑抗氧化性差的缺點，調(diào)節(jié)溶劑化結(jié)構(gòu)，并提供高含氟的sei成分，提高循環(huán)穩(wěn)定性等特點，碘化鋰添加劑可以通過穿梭效應活化“死鋰”，與硝酸鋰共同使用可以形成致密的sei膜，并提升電池庫倫效率和循環(huán)性能。

10、作為本發(fā)明的進一步改進，所述鋰鹽在電解液中的物質(zhì)的量濃度為2.0～4.0mol/l。采用此技術(shù)方案，電池具有更好的庫倫效率和循環(huán)性能。

11、作為本發(fā)明的進一步改進，所述鋰鹽為雙氟磺酰亞胺鋰和二氟草酸硼酸鋰，電解液中所述雙氟磺酰亞胺鋰和二氟草酸硼酸鋰的物質(zhì)的量的濃度比為2-5:1。進一步地，電解液中所述雙氟磺酰亞胺鋰和二氟草酸硼酸鋰的物質(zhì)的量的濃度比為4:1。

12、作為本發(fā)明的進一步改進，電解液中，所述雙氟磺酰亞胺鋰的濃度為2～2.5mol/l，所述二氟草酸硼酸鋰的濃度為0.5～1mol/l。

13、作為本發(fā)明的進一步改進，所述氟化1,4-二甲氧基丁烷和1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚體積比為3～4:1。

14、作為本發(fā)明的進一步改進，所述添加劑為碘化鋰和硝酸鋰。

15、作為本發(fā)明的進一步改進，所述碘化鋰和硝酸鋰的質(zhì)量濃度為0.1-0.3wt.％。

16、本發(fā)明還公開了如上所述的無負極鋰金屬電池用電解液的制備方法，在h2o濃度≤0.1ppm，o2濃度≤0.1ppm的條件下，將有機溶劑、鋰鹽和添加劑混合后得到電解液。

17、本發(fā)明還公開了一種無負極鋰金屬電池，包括正極、隔膜、電解液和負極，所述電解液為如上所述的無負極鋰金屬電池用電解液。

18、作為本發(fā)明的進一步改進，所述正極為磷酸鐵鋰材料。

19、作為本發(fā)明的進一步改進，所述負極為銅集流體。

20、作為本發(fā)明的進一步改進，所述隔膜為玻璃纖維膜、聚乙烯微孔膜、聚丙烯微孔膜或乙烯丙烯共聚微孔膜。

21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

22、相比于普通醚類溶劑，本發(fā)明的技術(shù)方案采用氟代醚類溶劑氟化1,4-二甲氧基丁烷和1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚的混合物，改善了溶劑化結(jié)構(gòu)，提高了氧化穩(wěn)定性，降低電解液粘度，提高電導率以及形成穩(wěn)定的sei膜。并且本發(fā)明的技術(shù)方案通過優(yōu)化電解液中各組分的配比，進一步優(yōu)化添加劑的種類，用于無負極鋰金屬電池中實現(xiàn)對sei膜的調(diào)控，通過構(gòu)筑致密的sei膜以改善鋰在電極表面的沉積形貌，同時促進sei膜穩(wěn)定性，有效抑制鋰枝晶的產(chǎn)生，進而減少鋰的消耗，提升電池庫倫效率和循環(huán)性能。

技術(shù)特征：

1.一種無負極鋰金屬電池用電解液，其特征在于：其包括有機溶劑、鋰鹽和添加劑；所述有機溶劑為氟化1,4-二甲氧基丁烷和1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚的混合物，所述氟化1,4-二甲氧基丁烷和1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚體積比為2～5:1；所述鋰鹽包括雙氟磺酰亞胺鋰、二氟草酸硼酸鋰中的至少一種；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無負極鋰金屬電池用電解液，其特征在于：所述鋰鹽在電解液中的物質(zhì)的量濃度為2.0～4.0mol/l。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無負極鋰金屬電池用電解液，其特征在于：所述鋰鹽為雙氟磺酰亞胺鋰和二氟草酸硼酸鋰，電解液中所述雙氟磺酰亞胺鋰和二氟草酸硼酸鋰的物質(zhì)的量的濃度比為2～5:1。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無負極鋰金屬電池用電解液，其特征在于：電解液中，所述雙氟磺酰亞胺鋰的濃度為2～2.5mol/l，所述二氟草酸硼酸鋰的濃度為0.5～1mol/l。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無負極鋰金屬電池用電解液，其特征在于：所述氟化1,4-二甲氧基丁烷和1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚體積比為3～4:1。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無負極鋰金屬電池用電解液，其特征在于：所述添加劑為碘化鋰和硝酸鋰。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無負極鋰金屬電池用電解液，其特征在于：所述碘化鋰和硝酸鋰的質(zhì)量濃度為0.1-0.3wt.％。

8.如權(quán)利要求1～7任意一項所述的無負極鋰金屬電池用電解液的制備方法，其特征在于：在h2o濃度≤0.1ppm，o2濃度≤0.1ppm的條件下，將有機溶劑、鋰鹽和添加劑混合后得到電解液。

9.一種無負極鋰金屬電池，包括正極、隔膜、電解液和負極，其特征在于：所述電解液為如權(quán)利要求1～7任意一項所述的無負極鋰金屬電池用電解液。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的無負極鋰金屬電池，其特征在于：所述正極為磷酸鐵鋰材料，所述負極為銅集流體，所述隔膜為玻璃纖維膜、聚乙烯微孔膜、聚丙烯微孔膜或乙烯丙烯共聚微孔膜。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種無負極鋰金屬電池用電解液、無負極鋰金屬電池，該電解液其包括有機溶劑、鋰鹽和添加劑；所述有機溶劑為氟化1,4?二甲氧基丁烷和1,1,2,2?四氟乙基?2,2,3,3?四氟丙基醚的混合物，所述氟化1,4?二甲氧基丁烷和1,1,2,2?四氟乙基?2,2,3,3?四氟丙基醚體積比為2～5:1；所述鋰鹽包括雙氟磺酰亞胺鋰、二氟草酸硼酸鋰中的至少一種；所述添加劑包括碘化鋰、硝酸鋰中的至少一種，所述添加劑在所述電解液中的含量為0.1wt.％～1wt.％。采用本發(fā)明技術(shù)方案的電解液能夠有助于構(gòu)筑致密的SEI膜，有效抑制鋰枝晶的產(chǎn)生，進而減少鋰的消耗，提升電池庫倫效率和循環(huán)性能。

技術(shù)研發(fā)人員：羅大為,余豪,鄧文君
受保護的技術(shù)使用者：深圳職業(yè)技術(shù)大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6