[发明专利]一种电池负极表面保护组合物及其电解液和应用

说明书

本发明提供了一种电池负极表面保护组合物，所述组合物至少包含非水有机溶剂和添加剂，其中，所述非水有机溶剂包括成膜溶剂，所述添加剂包括磷腈化合物，还提供了其电解液和应用。成膜溶剂和磷腈化合物可以产生协同效应，使得负极表面的SEI保护层更为稳定。以金属锂为负极时，金属锂沉积更加均匀，锂枝晶显著减少甚至消失，电池的循环性得到了显著提升。同时，原有的阻燃性能和对高电压正极循环的提升都未受任何影响，因此，本发明提供的电解液技术方案是一种对负极、正极和电池安全都有明显益处的多功能电解液。

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种电池负极表面保护组合物及其电解液和应用。

背景技术

动力电池和3C消费电子市场的快速发展，对于储能元器件的电池在能量密度、循环性和安全性方面提出了更高的要求。锂离子电池作为能量密度最高的化学储能体系，已经得到了广泛的研究和应用，目前锂离子电池的能量密度可达250Wh/kg。金属锂是一种非常理想的负极材料，因其比容量高达3860mAh/g，电化学势为-3.04V(vs.标准氢电极)，简单的计算可知，如果将现有锂离子电池的负极更换为金属锂，那么就可以获得440Wh/kg的能量密度。然而金属锂负极至今无法实现商用化的核心问题在于：安全性和循环寿命。因为1)金属锂本身具有超高的化学活性，容易与电解液发生副反应；2)由于电流分布的不均匀，金属锂的沉积也不均匀，使得金属锂表面形成锂枝晶，当锂枝晶生长到一定程度的时候就可能穿透隔膜，带来安全隐患，如果枝晶断裂则会形成“死锂”，造成容量的不可逆损失；同时，金属锂不均匀的沉积也会造成负极巨大的体积膨胀，给电池设计带来困难。

目前商用化最为广泛的电解液体系是以LiPF₆作为锂盐，环状碳酸酯和链状碳酸酯的混合物作为溶剂的电解液，通常也会加入少量添加剂以改善负极界面、提高安全性等等。这类电解液只适用于以石墨为负极的传统锂离子电池中，在以金属锂为负极的体系中，存在上述提到的问题，循环性和安全性都无法得到保证。并且适用的电压范围有限，在高电压下电解液不稳定，因此无法适用于能量密度更高的高电压体系。因此需要研发新的电解液体系或者寻找新的添加剂来满足以金属锂为负极电池体系和高电压电池体系的需求。

发明内容

因此，针对现有技术存在的不足，针对金属锂负极易形成枝晶和循环性能不足的问题，提供了一种电池负极表面保护组合物及其电解液和应用。

在阐述本发明的技术方案之前，定义本文中所使用的术语如下：

术语“EC”是指：碳酸乙烯酯。

术语“DMC”是指：碳酸二甲酯。

术语“VC”是指：碳酸亚乙烯酯。

术语“FEC”是指：氟代碳酸乙烯酯。

术语“PFPN”是指：乙氧基五氟环三磷腈。

术语“LiDFOB”是指：二氟草酸硼酸锂。

术语“VEC”是指：碳酸乙烯亚乙酯。

术语“DTD”是指：硫酸乙烯酯。

术语“ES”是指：亚硫酸乙烯酯。

术语“PS”是指：亚硫酸丙烯酯。

术语“VES”是指：乙烯基亚硫酸乙烯酯。

术语“FPS”是指：3氟代丙烷磺酸内酯。

术语“PST”是指：1，3-丙磺酸内酯。

术语“PES”是指：1,3-丙烯基-磺酸内酯。

术语“VTC”是指：3硫代碳酸亚乙烯酯。

术语“TPSA”是指：2-(三苯基亚磷基)丁二酸酐。