本发明涉及电解液材料,具体涉及锂金属电池用快速充放电电解液及其制备方法。
背景技术:
1、“碳达峰”与“碳中和”目标促使锂金属电池技术需具备高能量密度及快速充放电能力,但传统碳酸酯电解液在高电流下形成的固体电解质界面(sei)不稳定且动力学差,易破裂并引发锂枝晶生长,限制锂金属电池快充能力及应用。
2、目前,有研究指出:li+溶剂化结构决定sei特性;传统碳酸酯类电解液中li+溶剂化鞘内li+大量结合有机溶剂分子,衍生的sei以有机成分为主,不能在高电流密度下保持稳定;而富含阴离子的溶剂化鞘往往能衍生富含无机成分的sei,这样的sei具有稳定且动力学迅速的优点。
3、为了改善sei特性,现有改善碳酸酯类电解液溶剂化结构的两大策略:其一是增加锂盐浓度以提高li+与无机阴离子的结合以形成富无机界面相;其二是在高浓度电解液中引入稀释剂以创造独特的li+溶剂化结构;但两者均面临高粘度与离子传输慢的挑战,难以满足快充需求。
4、现有技术中,中国专利cn111755710a公开了一种锂一次电池电解液及其制备方法和应用,其公开了制备锂一次电池电解液的有机溶剂包括四乙二醇二甲醚、乙二醇二甲醚、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、环己烷等。但该点电解液用于锂一次电池,侧重对于阴极性能的改善以及容量的提升,而对于阳极侧的改善并没有得到体现。
5、中国专利cn116895841a公开了一种锂离子电池快充电解液、制备方法及锂离子电池,并具体公开了锂离子电池快充电解液包括有机溶剂、锂盐和添加剂;添加剂包括醚类化合物和硝酸锂;醚类化合物包括二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚和四乙二醇二甲醚中的至少一种;硝酸锂是一种优秀的成膜添加剂,其形成的富li3n固态电解质界面膜能有效加速锂离子的迁移,使电池的倍率性能大幅度提升。然而,2c的充放电速率并不能满足锂金属电池对快速充放电技术的要求。
6、因此,仍需开发能实现优异的阳极稳定性和快速界面动力学的电解液,以满足锂金属电池对快速充放电技术的要求。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题,本发明提供了锂金属电池用快速充放电电解液及其制备方法,一方面稳定了锂金属电池的阳极和电解液之间的sei,提升锂金属电池循环性能,另一方面在电解液和sei上加快了离子传输,提升了锂金属电池的快速充电性能。
2、本发明的技术方案如下:
3、本发明提供锂金属电池用快速充放电电解液,所述快速充放电电解液包括有机溶剂、六氟磷酸锂和甲氧基环己烷。
4、在本发明的一个具体实施方式中,以所述快速充放电电解液质量100%计,所述甲氧基环己烷的质量浓度为2~8%。
5、在本发明的一个具体实施方式中,甲氧基环己烷的质量浓度为7.5~8%。
6、在本发明的一个具体实施方式中,甲氧基环己烷的质量浓度为8%。
7、在本发明的一个具体实施方式中,以所述快速充放电电解液质量100%计,六氟磷酸锂的质量浓度为10~20%。
8、在本发明的一个具体实施方式中,六氟磷酸锂的质量浓度为13~13.5%。
9、在本发明的一个具体实施方式中,六氟磷酸锂的质量浓度为13.1%。
10、在本发明的一个具体实施方式中,所述有机溶剂包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯中的至少一种。
11、在本发明的一个具体实施方式中,所述有机溶剂为碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯。
12、在本发明的一个具体实施方式中,所述碳酸乙烯酯与碳酸二乙酯的体积比为1:1。
13、本发明锂金属电池用快速充放电电解液的制备方法,将甲氧基环己烷加入到有机溶剂与六氟磷酸锂的电解液中,搅拌混合5小时以上,制备得到快速充放电电解液。
14、在本发明的一个具体实施方式中,以所述快速充放电电解液的质量100%计,甲氧基环己烷的质量浓度为2~8%。
15、在本发明的一个具体实施方式中,甲氧基环己烷的质量浓度为7.5~8%。
16、在本发明的一个具体实施方式中,甲氧基环己烷的质量浓度为8%。
17、在本发明的一个具体实施方式中,以所述快速充放电电解液的质量100%计,所述六氟磷酸锂的质量浓度为10~20%。
18、在本发明的一个具体实施方式中,六氟磷酸锂的质量浓度为13~13.5%。
19、在本发明的一个具体实施方式中,六氟磷酸锂的质量浓度为13.1%。
20、在本发明的一个具体实施方式中,所述有机溶剂包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯中的至少一种。
21、在本发明的一个具体实施方式中,所述有机溶剂为碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯。
22、在本发明的一个具体实施方式中,所述碳酸乙烯酯与所述碳酸二乙酯的体积比为1:1。
23、在本发明的一个具体实施方式中,所述搅拌混合的时间为5~6h。
24、本发明的快速充放电电解液不仅能用于锂金属电池,还可以用于锂离子电池。
25、与现有技术相比,本发明的有益效果如下:
26、1、本发明将甲氧基环己烷加入到含有六氟磷酸锂的电解液中,甲氧基环己烷含有醚键的配位作用,改善了传统碳酸酯类电解液中的li+的溶剂化结构;通过改善电解液中li+的溶剂化结构,衍生的富无机sei上含有更多的如lif、lico3等无机成分,进一步改善了sei的循环稳定以及离子传输性能,进而提升了在5c充放电速率下快速充放电性能。
27、2、本发明的快速充放电电解液,利用了甲氧基环己烷中环己烷基团的大位阻作用,一方面稳定了锂金属电池阳极和电解液之间的sei,提升了电池循环性能;另一方面在电解液和sei上加快了离子传输,提升了锂金属电池快充性能。
28、3、本发明制备快速充放电电解液所用的试剂容易获取,且合成简单,具有推广应用价值。
1.一种锂金属电池用快速充放电电解液,其特征在于:所述快速充放电电解液包括有机溶剂、六氟磷酸锂和甲氧基环己烷。
2.根据权利要求1所述的快速充放电电解液,其特征在于:以所述快速充放电电解液质量100%计,所述甲氧基环己烷的质量浓度为2~8%;优选的,甲氧基环己烷的质量浓度为7.5~8%;更优选的,甲氧基环己烷的质量浓度为8%。
3.根据权利要求1所述的快速充放电电解液,其特征在于:以所述快速充放电电解液质量100%计,六氟磷酸锂的质量浓度为10~20%;优选的,六氟磷酸锂的质量浓度为13~13.5%;更优选的,六氟磷酸锂的质量浓度为13.1%。
4.根据权利要求1所述的快速充放电电解液,其特征在于:所述有机溶剂包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的快速充放电电解液,其特征在于:所述有机溶剂为碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯;更优选的,所述碳酸乙烯酯与碳酸二乙酯的体积比为1:1。
6.一种锂金属电池用快速充放电电解液的制备方法,其特征在于:将甲氧基环己烷加入到有机溶剂与六氟磷酸锂的电解液中,搅拌混合5小时以上,制备得到快速充放电电解液。
7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于:以所述快速充放电电解液的质量100%计,甲氧基环己烷的质量浓度为2~8%;优选的,甲氧基环己烷的质量浓度为7.5~8%;更优选的,甲氧基环己烷的质量浓度为8%。
8.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于:以所述快速充放电电解液的质量100%计,所述六氟磷酸锂的质量浓度为10~20%;优选的,六氟磷酸锂的质量浓度为13~13.5%;更优选的,六氟磷酸锂的质量浓度为13.1%。
9.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于:所述有机溶剂包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯中的至少一种;优选的,所述有机溶剂为碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯;更优选的,所述碳酸乙烯酯与所述碳酸二乙酯的体积比为1:1。
10.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于:所述搅拌混合的时间为5~6h。