一种电解液及其注液方法和锂金属电池与流程

本发明涉及锂金属电池，尤其是涉及一种电解液及其注液方法和锂金属电池。

背景技术：

1、在环境和能源问题日益紧张的背景下，可再生能源的获取、利用和安全的储能技术一直都是科学界和工业界关注的热点之一。锂金属电池因为理论容量高达3680mah/g，使其成为下一代最具前景的能源之一。但是，随着科学的进步和社会发展的要求，对于锂金属电池的适用温度、倍率性能、循环寿命和安全性等方面提出了更高的要求，这些主要依赖于锂金属电池正极、锂负极、电解液和隔膜关键材料的改进。

2、正极材料的克容量发挥性能直接决定锂金属电池的比能量高低，在众多正极材料中，linixcoymnzo2正极材料因为电压平台高、能量密度高和振实密度高等优点迅速成为高比能电池的首选正极材料之一。但是ni含量越高，正极材料的理论容量越高，但是随之材料表面的残碱lioh、li2o和li2co3也越高，特别是当x＞0.6时，材料很容易与co2和h2o发生反应生成li2co3，li2co3的离子/电子电阻性会提高界面电阻最终影响电池性能；当正极电位充电到3.8v时，li2co3可以被电化学分解生成co2和o2，导致界面快速降解，最终影响电池整个电化学性能。

3、电解液作为锂金属电池的重要组成部分，主要由锂盐、溶剂和添加剂三个部分组成。目前常用的锂盐有lipf6，lifsi和litfsi；lipf6离子电导率和溶解度较高，是目前商用化应用最广泛的锂盐。lifsi和litfsi是锂金属电池最常用的锂盐，因为lifsi阴离子-so2f对锂反应活性更高，分解产物主要为lif，相对于lipf6对锂金属的成膜性更好，能更有效地保护锂金属负极和抑制锂枝晶生长；而且镍离子催化活性较高，易催化电解液的分解而产生气体和镍金属溶出，lifsi和litfsi可以解决这个问题，更适用于高镍三元正极材料。但是lifsi和litfsi在高电压下对al有一定的腐蚀性。目前锂金属电解液常用的溶剂有醚类、腈类和砜类。醚类试剂对锂金属的兼容性最佳，但是醚类试剂化学性质较为活泼、抗氧化能力较差，安全性是其最大的问题。为了提高电解液的阻燃效果，常用腈和砜类作为共溶剂，但是腈类和砜类试剂对锂离子的解离能力较差，离子聚集增加后会增加流体动力半径，最终牺牲电导率。

4、有鉴于此，特提出此发明。

技术实现思路

1、本发明的第一目的在于提供一种电解液，既能缓解对铝集流体的腐蚀作用，又可以提高电解液的电导率，可用于高镍锂金属电池。

2、本发明的第二目的在于提供一种电解液的注液方法，降低了高压充电条件下的气体释放和高压充放电条件下可溶性离子的溶解。

3、本发明的第三目的在于提供一种锂金属电池，具有优异的循环性能和库伦效率。

4、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

5、本发明提供了一种电解液，包括锂盐、有机溶剂和添加剂；

6、所述锂盐包括亚胺类锂盐；

7、所述有机溶剂包括含有三键的氟类化合物、含有三键的醚类化合物、含有三键的砜类化合物、含有三键的磷类化合物和含有三键的苯类化合物中的至少两类；且每类化合物的数量大于等于2；

8、所述有机溶剂中，每两个化合物之间的体积比为（0.1~3.5）：（0.1~3.5）；

9、所述添加剂包括含有六氟磷酸根离子的胺类化合物。

10、进一步地，所述亚胺类锂盐包括双三氟甲基磺酰亚胺锂、双氟甲基磺酰亚胺锂、双(九氟丁基磺酰基)亚胺锂、1,1,2,2,3,3-六氟丙烷-1,3-二磺酰亚胺锂和3-(2-(4-苯甲酰基哌嗪-1-基)-2-氧代乙酰基)-4-甲氧基-7-(3-甲基-1h-1,2,4-三唑-1-)吡咯并[2,3-3-c]吡啶-1-亚胺基锂盐中的至少一种。

11、进一步地，所述电解液中，所述锂盐的浓度为0.1~2mol/l。

12、进一步地，所述含有三键的氟类化合物包括4-(三氟甲基磺酰基)苯甲腈、2-氟-4-甲氧基苯甲腈、2,6-二氟对甲氧基苯腈、3-氟-4-甲氧基苯腈、2,3-二氟-4-氰基苯乙醚和3-氟-4-(甲基磺酰基)苯甲腈中的至少两种；

13、和/或，所述含有三键的醚类化合物包括2-氰基乙醚、乙二醇双(丙腈)醚和2,3-二氟-4-氰基苯乙醚中的至少两种。

14、进一步地，所述含有三键的砜类化合物包括2-甲砜基苯腈、4-甲砜基苯腈、3-甲砜基苯乙腈、5-甲砜基吡啶-3-腈、2-甲砜基-5-氟苯腈、氟虫腈亚砜和氟虫腈砜中的至少两种；

15、和/或，所述含有三键的磷类化合物包括苯腈磷、磷腈和苯氧基聚磷腈中的至少两种。

16、进一步地，所述含有三键的苯类化合物包括(苯硫基)乙腈、2-甲氧基-4-硝基苯甲腈、3-苯硫基邻苯二甲腈、4-氨基-2-甲氧基苯腈、3-甲氧基-4-甲基苯腈、苯乙腈-alpha-13c、苯甲腈-d5、苯乙腈-氰基-13c、3-(甲基磺酰基)苯甲腈、2-(苯基磺酰甲基)苯甲腈和苯甲腈中的至少两种。

17、进一步地，所述含有六氟磷酸根离子的胺类化合物包括六氟磷酸铵、四甲基六氟磷酸铵、六氟磷酸四己铵、四乙基六氟磷酸铵和四丙基六氟磷酸铵中的至少一种。

18、进一步地，所述电解液中，所述添加剂的含量为0.1wt%~10wt%。

19、本发明还提供了一种电解液的注液方法，包括如下步骤：

20、将如上所述的电解液注入电芯后，在20~70℃静置8~100h。

21、本发明还提供了一种锂金属电池，采用如上所述的电解液的注液方法注液后得到。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

23、本发明的电解液，通过电解液组分的多样性提高了电解液的电导率；通过带有π电的三键的有机溶剂的添加，降低了在高电压下对铝箔的腐蚀；通过含有六氟磷酸根离子的胺类化合物的添加阻止了高压充电条件下的气体释放和高压充放电条件下可溶性离子的溶解；该电解液既能缓解对铝集流体的腐蚀作用，又可以在阻燃的同时不牺牲电解液的电导率；可用于高镍锂金属电池体系，有利于提高电池的循环性能和库伦效率。

技术特征：

1.一种电解液，其特征在于，包括锂盐、有机溶剂和添加剂；

2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述亚胺类锂盐包括双三氟甲基磺酰亚胺锂、双氟甲基磺酰亚胺锂、双(九氟丁基磺酰基)亚胺锂、1,1,2,2,3,3-六氟丙烷-1,3-二磺酰亚胺锂和3-(2-(4-苯甲酰基哌嗪-1-基)-2-氧代乙酰基)-4-甲氧基-7-(3-甲基-1h-1,2,4-三唑-1-)吡咯并[2,3-3-c]吡啶-1-亚胺基锂盐中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述电解液中，所述锂盐的浓度为0.1~2mol/l。

4.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述含有三键的氟类化合物包括4-(三氟甲基磺酰基)苯甲腈、2-氟-4-甲氧基苯甲腈、2,6-二氟对甲氧基苯腈、3-氟-4-甲氧基苯腈、2,3-二氟-4-氰基苯乙醚和3-氟-4-(甲基磺酰基)苯甲腈中的至少两种；

5.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述含有三键的砜类化合物包括2-甲砜基苯腈、4-甲砜基苯腈、3-甲砜基苯乙腈、5-甲砜基吡啶-3-腈、2-甲砜基-5-氟苯腈、氟虫腈亚砜和氟虫腈砜中的至少两种；

6.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述含有三键的苯类化合物包括(苯硫基)乙腈、2-甲氧基-4-硝基苯甲腈、3-苯硫基邻苯二甲腈、4-氨基-2-甲氧基苯腈、3-甲氧基-4-甲基苯腈、苯乙腈-alpha-13c、苯甲腈-d5、苯乙腈-氰基-13c、3-(甲基磺酰基)苯甲腈、2-(苯基磺酰甲基)苯甲腈和苯甲腈中的至少两种。

7.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述含有六氟磷酸根离子的胺类化合物包括六氟磷酸铵、四甲基六氟磷酸铵、六氟磷酸四己铵、四乙基六氟磷酸铵和四丙基六氟磷酸铵中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述电解液中，所述添加剂的含量为0.1wt%~10wt%。

9.一种电解液的注液方法，其特征在于，包括如下步骤：

10.一种锂金属电池，其特征在于，采用权利要求9所述的电解液的注液方法注液后得到。

技术总结
本发明涉及锂金属电池技术领域，尤其是涉及一种电解液及其注液方法和锂金属电池。本发明提供的一种电解液，包括锂盐、有机溶剂和添加剂；所述锂盐包括亚胺类锂盐；所述有机溶剂包括含有三键的氟类化合物、含有三键的醚类化合物、含有三键的砜类化合物、含有三键的磷类化合物和含有三键的苯类化合物中的至少两类；且每类化合物的数量大于等于2；所述有机溶剂中，每两个化合物之间的体积比为（0.1~3.5）：（0.1~3.5）；所述添加剂包括含有六氟磷酸根离子的胺类化合物。本发明的电解液，通过多种组分的配合，能够缓解对铝集流体的腐蚀作用，提高电解液的电导率；该电解液可用于高镍锂金属电池，有利于提高电池的循环性能和库伦效率。

技术研发人员：朱甜,马勇,胡波剑,苏甜,李云明,苗力孝
受保护的技术使用者：蜂巢能源科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/19