[发明专利]一种对锂负极稳定的耐高压凝胶电解质及其制备方法

说明书

本发明涉及一种对锂负极稳定的耐高压凝胶电解质及其制备方法，属于凝胶聚合物电解质技术领域。所述电解质由PVDF‑HFP膜和电解液组成；所述电解液由锂盐I、酯类有机溶剂、醚类有机溶剂和锂盐II组成；所述酯类有机溶剂中由DEC和FEC组成或由EMC和FEC组成；所述醚类有机溶剂为18‑冠醚‑6、15‑冠醚‑5或12‑冠醚‑4；所述锂盐II为硝酸锂，锂盐I与锂盐II不同。将醚类有机溶剂和锂盐II加入到由锂盐I和酯类有机溶剂组成的混合溶液中，加热搅拌得到电解液，将PVDF‑HFP膜浸泡于电解液中，得到所述电解质，其与高镍正极和锂负极的界面相容性均较好，能抑制锂枝晶生长，提升电池的循环性能。

技术领域

本发明涉及一种对锂负极稳定的耐高压凝胶电解质及其制备方法，属于凝胶聚合物电解质技术领域。

背景技术

锂离子电池为移动电子产品、电动汽车以及储能电网的发展作出了巨大的贡献。目前提高锂电池的安全性和能量密度仍然是需要攻克的难题。凝胶聚合物电解质具有较高的离子电导率、柔韧性等成为固态电解质体系中重要的研究方向之一。此外，凝胶电解质可避免液体电解液泄漏的问题，具有较高的安全性能，而且省去了隔膜等惰性材料提升了电池的能量密度。

聚偏氯乙烯-六氟丙烯的共聚物(PVDF-HFP)是一个两相结构，由晶态的PVDF和非晶态HFP组成。晶态的PVDF可以作为机械支撑，非晶态的HFP提供更多的空间，从而可以捕获大量的液体。因此，PVDF-HFP常与增塑剂一起复合，得到具有一定机械强度和离子电导率的凝胶电解质。常见的凝胶电解质增塑剂常由碳酸酯类有机溶剂和锂盐组成，类似于商业电解液成分，如此得到的凝胶电解质可以与高压正极匹配。

锂金属具有3860mAh g^-1的比容量和-3.04V的低电压，可以提升电池的能量密度。当金属锂作为负极与凝胶电解质匹配时，在循环中也避免不了液态体系中的一些问题，比如锂枝晶的生长和副反应，从而使电池的循环性能下降。

硝酸锂(LiNO₃)可形成富含氮化锂的界面层，有利于调节锂离子运输以及保护锂负极。同时，硝酸锂的加入可以改变锂的沉积形貌，由枝状到球形的转换，极大的缓解了锂枝晶的生长。

硝酸锂常用于醚基电解液中去稳定负极界面，但是醚基电解液一般只能与低压(＜4V)的正极(如LiFePO₄)相兼容；而硝酸锂在碳酸酯类的电解质中溶解度很低，导致硝酸锂无法应用于由高压正极(如高镍正极)和锂负极组成的高压电池中，进而无法解决所述高压电池中，界面相容性差、锂枝晶生长以及低库伦效率的问题。

发明内容

有鉴于此，为了解决硝酸锂无法溶解在酯类有机溶剂中，进而无法解决由高压正极和锂负极组成高压电池，其所存在的界面相容性差、锂枝晶生长以及低库伦效率的问题，本发明的目的在于提供一种对锂负极稳定的耐高压凝胶电解质及其制备方法，所述凝胶电解质中将硝酸锂引入了含有酯类有机溶剂的凝胶电解质中，提高了凝胶电解质与高镍(NCM)正极、以及凝胶电解质与锂负极的界面相容性，同时抑制了锂枝晶的生长，提升了电池的循环性能。

为实现本发明的目的，提供以下技术方案。

一种对锂负极稳定的耐高压凝胶电解质，所述电解质由聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)膜和电解液组成；

所述电解液由锂盐I、酯类有机溶剂、醚类有机溶剂和锂盐II组成；

所述锂盐I为现有技术中锂离子电池电解液中所用的锂盐；且锂盐I不是硝酸锂(LiNO₃)；

所述酯类有机溶剂由酯类有机溶剂I和酯类有机溶剂II按照体积比为(1～3):1组成；所述酯类有机溶剂I为碳酸二乙酯(DEC)或碳酸甲乙酯(EMC)；所述酯类有机溶剂II为氟代碳酸乙烯酯(FEC)；

所述醚类有机溶剂为18-冠醚-6、15-冠醚-5或者12-冠醚-4；