[发明专利]一种锂金属电池用原位负极表面处理方法

说明书

本发明涉及一种锂金属电池用原位负极表面处理方法，包括以下步骤：(1)制备锂电池基础电解液；将氟代碳酸酯、氟代醚和氟代磷腈按比例混合制备混合添加剂；(2)将上述混合添加剂直接加入到锂电池基础电解液中，搅拌均匀，制得锂金属电池总电解液；其中，所述混合添加剂的添加质量占锂金属电池总电解液质量的10％‑30％；(3)将上述锂金属电池总电解液注入电池中。本发明利用氟代碳酸酯、氟代醚以及氟代磷腈混合制备添加剂，在金属锂负极表面还原生成氟化物保护层，从而抑制了锂枝晶的生长，提高电池的循环寿命，同时添加剂具有阻燃性，提升了电池安全性。

技术领域

本发明属于锂电池技术领域，特别是涉及一种锂金属电池用原位负极表面处理方法。

背景技术

锂电池作为一种高性能储能器件，具有能量密度高、使用寿命长、无记忆效应等诸多优点，目前已经广泛应用于智能手机、笔记本电脑、便携数码产品等3C消费电子领域，并且逐渐向新能源汽车、多功能无人机等高能量、高功率动力能源领域扩展。当前以石墨、硅碳等材料为负极的锂离子电池比能量达到了300Wh/kg，并已接近理论极限，未来需要发展具有更高比能量的电池技术。

锂金属电池被称为是储能领域的“圣杯”，锂金属负极的理论容量高达3680mAh/g，是石墨负极的十倍，金属锂负极的应用可大幅提升电池的储能密度，使得锂电池能够突破400Wh/kg。但是，锂金属电池的研发伴随着严峻的挑战。由于金属锂具有高反应活性，易与电解液发生副反应导致电池库伦效率降低，负极表面锂的不均匀沉积也会导致锂枝晶的形成，容易引起电池短路造成电池安全性事故，此外循环过程中锂金属的粉化和较大的体积变化也阻碍了锂金属电池未来的发展。

为了实现锂金属电池的商业开发和利用，需要对锂金属负极做处理以抑制锂枝晶的生长和死锂的产生，目前主要采用如固态电解质、构建人造电解质保护膜、研发新型成膜添加剂等方法，其中最有效的方法是在负极构建固态电解质保护层(SEI)。SEI层是一层电子绝缘保护层，能够阻止电解液与金属锂之间的副反应，抑制锂枝晶的产生和锂金属循环过程中大体积变化的问题。但在上述方法中，正负极与固态电解质接触界面问题仍很突出，人造电解质保护层难以大面积均匀成膜。而通过成膜添加剂原位生成SEI的方法，能够与现有电池生产工艺紧密结合，具备良好的材料兼容性，适用于工业化开发和生产，具有广阔的发展潜力。

发明内容

本发明的目的在于针对锂金属负极在循环过程中易生长锂枝晶、易粉化，导致金属锂电池循环寿命短、安全性差的问题，从而提出了一种锂金属电池用原位负极表面处理方法，该方法利用氟代碳酸酯、氟代醚以及氟代磷腈混合制备添加剂，在金属锂负极表面还原生成氟化物保护层，从而抑制了锂枝晶的生长，提高电池的循环寿命，同时添加剂具有阻燃性，提升了电池安全性。

本发明是这样实现的，一种锂金属电池用原位负极表面处理方法，包括以下步骤：

(1)制备锂电池基础电解液；将氟代碳酸酯、氟代醚和氟代磷腈按比例混合制备混合添加剂；

(2)将上述混合添加剂直接加入到锂电池基础电解液中，搅拌均匀，制得锂金属电池总电解液；其中，所述混合添加剂的添加质量占锂金属电池总电解液质量的10％-30％；

(3)将上述锂金属电池总电解液注入电池中。

在上述技术方案中，优选的，所述混合添加剂中，氟代碳酸酯的质量含量为30％-50％，所述氟代醚的质量含量为30％-50％，所述氟代磷腈的质量含量为1％-40％。

在上述技术方案中，优选的，所述氟代碳酸酯为氟代碳酸乙烯酯(C₃H₃FO₃)。

在上述技术方案中，优选的，所述氟代醚为线性结构，结构中含有四个碳原子或者五个碳原子。

在上述技术方案中，优选的，所述氟代磷腈为乙氧基五氟环三磷腈和/或六氟环三磷腈。