[发明专利]一种无负极二次锂电池的电解液及无负极二次锂电池和化成工艺

说明书

本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种无负极二次锂电池的电解液及无负极二次锂电池和化成工艺。液态电解液为以磺酰亚胺锂和氟代烷氧基三氟硼酸锂作为主锂盐，碳酸酯化合物‑有机氟化合物作为有机溶剂体系，体系中加入功能添加剂。本发明还公开了一种无负极二次锂电池化成工艺，即将无负极二次锂电池在一定高温(40～100℃)，一定压力(0～3MPa)，一定真空度(0～‑0.1MPa)中化成。本发明所提供的无负极二次锂电池具有高能量密度、高安全性和长循环寿命等优点。

技术领域

本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种无负极二次锂电池的电解液及无负极二次锂电池和化成工艺。

背景技术

金属锂由于其具有极高的理论比容量(3840mAh g^-1)，同时具有最低的还原电位，所以被认为是理想的可充电电池负极材料。但目前，高能量密度“圣杯”锂金属二次电池的循环寿命短和安全性能差，其商业化发展受制于金属锂负极的过量使用导致体积膨胀大，快速粉化，枝晶生长严重及电解液大量消耗等诸多问题。因此，减少金属锂负极的过量使用对提高电池能量密度和安全性能意义重大。

B.J.Neudecker等在2000年提出了一种由正极材料、固态电解质和集流体组成的固态薄膜无负极电池(参见B.J.Neudecker等，Journal of The ElectrochemicalSociety,2000,147(2),517-523)，该电池直接使用负极集流体作为负极，在首次充电时，在负极集流体表面沉积金属锂，在放电过程中金属锂转变为锂离子回到正极，实现循环充放。近年来，基于液态电解液的无负极二次锂电池的研究逐渐受到重视，因为其优势明显：1.不使用化学活性高的金属锂负极，生产环境(如湿度、温度)要求降低，安全生产事故发生风险降低；2.首次充电前不具备电压，可长时间储存而不发生自放电，安全指数高；3.不使用负极活性材料，体积能量密度和质量能量密度极高。

但是，由于无负极电池循环过程中低的库伦效率和较快的容量衰减，使无负极电池的发展受到了制约，其中由于铜集流体上存在不可控的电化学现象，使得无负极电池的实现非常困难。除浓度梯度和过电位现象外，铜表面电极在充电过程中的不光滑是造成Li沉积不均匀的主要原因。由于凸形表面具有较高的电流密度，它们是Li沉积聚集的地方，从而导致树枝状生长。不受控制的枝晶循环生长导致了死锂和SEI的开裂。这反过来又使更多的锂暴露在电解液中，造成锂消耗和SEI增厚，导致低库仑效率和快速的容量衰减。