一种用于稳定锂金属电池电极界面的双功能电解液、锂金属电池及制备方法

1.本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种用于稳定锂金属电池电极界面的双功能电解液、锂金属电池及制备方法。


背景技术：

2.锂离子电池(libs)因具有能量密度高、循环寿命长、质量轻、无记忆效应等优点，已经在各类电子设备、电动汽车、智能电网和规模化储能领域得到应用，而随着高性能电极材料(富锂锰基、高镍三元等正极和金属锂负极)的不断开发和应用，人们对高能量密度锂电池的安全性愈发担忧。特别是以超高理论比容量(3860mah g-1
)和最低还原电位(-3.04v vs标准氢电极)的金属锂作为负极时，在充放电过程中由于不均匀的锂枝晶生长刺穿电池隔膜发生内短路，从而诱发电池起火爆炸。因此，迫切需要发展一种性能优越的电解质(液)来同时稳定正、负极表界面，有效抑制正极侧界面副反应和负极侧锂枝晶生长，并最终提升电池的安全性和长循环寿命。
3.电解质添加剂策略由于操作简单，无需复杂的制备过程，被认为是最有效的策略之一。这些添加剂在电极表面与锂盐和溶剂同时反应，导致围绕阳极表面的sei具有复杂的成分。锂盐和溶剂也会分解并加速电解液的消耗。即便如此，这些报道的添加剂通常在电解质中只发挥单一的作用，既适用于阳极也适用于阴极，这在一定程度上严重阻碍了libs整体性能的提高。在已知的阴极表面形成的阴极电解质界面相(cei)中，富含有机物的cei层与阴极表面结合，无法承受阴极的巨大体积变化，导致新形成的cei层在锂化/去锂化循环过程中断裂，阴极与电解质之间不断出现副反应。此外，这种富含有机物的cei层在高压下容易氧化，这进一步加速了容量衰减。而富含无机的cei层，尤其是富含lif的cei层与过渡金属氧化物阴极结合较弱，在阴极体积变化过程中受到的应变/应力较小，从而保持了对阴极的保护作用。虽然很脆弱，但由于极低的电子导电性，富含lif的界面相具有广泛的电化学稳定窗口，这使其成为正负极的良好钝化。为了突破这些限制，有必要开发多功能添加剂，同时优化电极/电解质界面，促进稳定sei和cei层的形成。
4.综上所述，电解液添加剂因其简便有效的特点被广泛应用，但是目前的电解液添加剂成分复杂，功能单一。因此，选择一种组分单一，对正负极界面皆有作用的电解液添加剂是当务之急。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种用于稳定锂金属电池电极界面的双功能电解液、锂金属电池及制备方法，以克服现有技术存在的缺陷，本发明采用能够稳定锂金属负极和高电压正极界面的双功能添加剂，改性后的锂金属电池可同时在正极和负极快速形成稳定保护膜，有效地保护电池正极和负极，保证结构的稳定性，提升锂金属电池的循环寿命。
6.本发明是通过以下技术方案来实现：
7.一种用于稳定锂金属电池电极界面的双功能电解液的制备方法，将双功能添加剂与锂盐按照比例均匀分散在醚类溶剂或碳酸酯类溶剂中，形成用于稳定锂金属电池电极界面的双功能电解液；
8.所述双功能添加剂为n-氟代双苯磺酰胺；
9.所述双功能电解液中，n-氟代双苯磺酰胺的浓度为0.05～0.4mol/l，锂盐浓度为0.5～2.0mol/l。
10.进一步地，所述醚类溶剂为二氧五环或乙二醇二甲醚。
11.进一步地，所述碳酸酯类溶剂为碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸丁烯酯中两种的组合。
12.进一步地，所述锂盐为双三氟甲基磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂或二草酸硼酸锂。
13.一种用于稳定锂金属电池电极界面的双功能电解液，采用上述的制备方法制得。
14.一种锂金属电池的制备方法，在惰性保护气氛下，在锂负极、正极和电池隔膜之间滴加双功能电解液，装配成锂对称电池或锂全电池，然后通过电化学预活化的方式在锂负极表面构筑富含无机组分保护膜，得到最终的锂金属电池。
15.进一步地，所述双功能电解液的滴加量为：每平方厘米锂负极滴加30μl双功能电解液。
16.进一步地，所述电化学预活化具体为：在0.1～0.5ma cm-2
面电流密度和0.1～0.5mah cm-2
面容量条件下进行10圈充放电循环，得到表面构筑富含无机组分保护膜的锂负极。
17.进一步地，所述电池隔膜为celgard 2400；
18.当装配锂对称电池时，所述锂负极和正极均为金属锂；
19.当装配锂全电池时，所述锂负极为金属锂；所述正极包括正极集流体和涂布在正极集流体上正极膜片，所述正极膜片包括正极活性材料、正极导电剂和正极粘结剂；所述正极导电剂为导电炭黑；所述正极活性材料为磷酸铁锂、尖晶石型镍锰酸锂或层状镍钴锰酸锂。
20.一种锂金属电池，采用上述的制备方法制得。
21.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
22.首先，nfsi添加剂的lumo能量(-2.198ev)远低于常用电解质溶剂，如dec(0.066ev)和ec(-0.322ev)。相应地，nfsi添加剂的homo值(-7.574ev)远高于dec(-8.053ev)和ec(-8.488ev)。显然，nfsi添加剂的低lumo值和高homo值分别意味着其在电化学循环中优先被还原和氧化，从而调节稳定的电极-电解质界面相，提高电解质体系的氧化还原耐受能力，从而有利于电化学性能的提高。
23.加入双功能添加剂的电解液，在锂金属电池循环过程中，既可以在锂负极侧形成稳定的sei膜，抑制锂枝晶生长，起到稳定锂负极界面的功能；又可以在正极侧形成稳定的cei膜，避免电解液发生副反应，起到稳定正极界面的功能，sei膜在锂金属电池的电化学过程中必然存在，且常规sei膜中富含有机组分，使得锂金属电池的倍率性能差，本发明在锂金属负极表面构筑了富含无机层的sei膜，从根本上解决了这一问题。同时本发明使得在正极界面构筑了稳定均匀的cei界面，避免正极活性物质的减少以及结构的坍塌。本发明可有
效地保护电池正极和负极，保证结构的稳定性，从而提升电池的长循环性能。
24.本发明通过向常规电解液中加入双功能添加剂，改善了电极界面，提升了锂金属电池的性能，在改性锂金属电池时，可以根据实际需求调整工艺来实现不同参数，制备效率高，对设备要求低，操作简便，非常利于规模化生产。
附图说明
25.图1为实施例1中的锂金属电池循环性能对比曲线。
26.图2为实施例1中锂金属电池循环100圈后负极的sem图。
27.图3为实施例15中的li||lfp电池长循环性能曲线。
28.图4为实施例16中的li||nmc532电池长循环性能曲线。
29.图5为实施例16中li||nmc532电池循环50圈后的tem图。
具体实施方式
30.下面对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
31.一种用于稳定锂金属电池电极界面的双功能电解液的制备方法，将双功能电解液添加剂与锂盐按照一定比例均匀分散在醚类溶剂或碳酸酯类溶剂中，其中电解液中双功能添加剂浓度为0.05～0.4mol/l，锂盐浓度为0.5～2.0mol/l。
32.双功能电解液添加剂名称为n-氟代双苯磺酰胺，分子式为c
12h10
s2o4nf，结构式如下：
[0033][0034]
锂盐为双三氟甲基磺酰亚胺锂(litfsi)、双氟磺酰亚胺锂(lifsi)、六氟磷酸锂(lipf6)、四氟硼酸锂(libf4)、二草酸硼酸锂(libob)。
[0035]
醚类溶剂为二氧五环(dol)或乙二醇二甲醚(dme)。
[0036]
碳酸酯类溶剂为碳酸二甲酯(dmc)、碳酸乙烯酯(ec)、碳酸二乙酯(dec)、碳酸丙烯酯(pc)、碳酸甲乙酯(emc)、碳酸丁烯酯中两种的组合。
[0037]
一种锂金属电池的制备方法：在惰性保护气氛下，在锂负极、正极和电池隔膜之间滴加双功能电解液，装配成锂对称电池或锂全电池，然后通过电化学预活化的方式在锂负极表面构筑富含无机组分保护膜，得到最终的锂金属电池。
[0038]
按上述方案，所述双功能电解液的滴加量为：每平方厘米锂负极滴加30μl双功能电解液，滴加时在锂负极和电池隔膜之间以及正极和电池隔膜之间均滴加。
[0039]
所述电化学预活化为：在0.1～0.5ma cm-2
面电流密度和0.1～0.5mah cm-2
面容量条件下进行10圈充放电循环，得到表面构筑富含无机组分保护膜的锂负极。
[0040]
所述电池隔膜为celgard 2400；
[0041]
当装配锂对称电池时，所述锂负极和正极均为金属锂；
[0042]
当装配锂全电池时，所述锂负极为金属锂；所述正极包括正极集流体和涂布在正
极集流体上正极膜片，所述正极膜片包括正极活性材料、正极导电剂和正极粘结剂；所述正极导电剂为导电炭黑；所述正极活性材料为磷酸铁锂、尖晶石型镍锰酸锂或层状镍钴锰酸锂。
[0043]
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述。该实施案例为本发明的优选方案，不能以此限定本发明的范围。以下实施例中，所用方法及实验器材若无特殊说明均为常规方法和仪器。
[0044]
实施例1
[0045]
在氩气手套箱内(o2,h2o《1ppm)配制双功能电解液及装配锂金属电池的具体步骤如下：
[0046]
将litfsi溶于ec和dec(体积比＝1:1)中，同时向其中添加n-氟代双苯磺酰胺(nfsi)，溶解后得到电解液(电解液中nfsi的浓度为0.1mol l-1
，litfsi浓度为1mol l-1
)，以celgard 2400(聚丙烯微孔膜)作为电池隔膜，正极和负极都为锂箔，将锂箔、隔膜和上述双功能电解液组装成锂对称电池进行测试。在0.1ma cm-2
面电流密度和0.1mah cm-2
面容量条件下循环10圈，在锂负极表面构筑富含无机组分保护膜，得到最终的锂金属电池，由图1可以看出，针对最终的锂金属电池，在电流密度为0.5ma cm-2
，容量为0.5mah cm-2
的条件下进行循环，循环寿命可到1000h。图2显示，加入双功能添加剂后，锂的沉积均匀致密，抑制了锂枝晶的生长。
[0047]
实施例2
[0048]
在氩气手套箱内(o2,h2o《1ppm)配制双功能电解液及装配锂金属电池的具体步骤如下：
[0049]
将lipf6溶于ec和dec(体积比＝1:1)中，同时向其中添加n-氟代双苯磺酰胺(nfsi)，溶解后得到电解液(电解液中nfsi的浓度为0.1mol l-1
，lipf6浓度为1mol l-1
)，以celgard 2400(聚丙烯微孔膜)作为电池隔膜，正极和负极都为锂箔，将锂箔、隔膜和上述双功能电解液组装成锂对称电池进行测试。在0.3ma cm-2
面电流密度和0.3mah cm-2
面容量条件下循环10圈，在锂负极表面构筑富含无机组分保护膜，得到最终的锂金属电池。针对最终的锂金属电池，在电流密度为0.5ma cm-2
，容量为0.5mah cm-2
的条件下进行循环。
[0050]
实施例3
[0051]
在氩气手套箱内(o2,h2o《1ppm)配制双功能电解液及装配锂金属电池的具体步骤如下：
[0052]
将lifsi溶于ec和dec(体积比＝1:1)中，同时向其中添加n-氟代双苯磺酰胺(nfsi)，溶解后得到电解液(电解液中nfsi的浓度为0.1mol l-1
，lifsi浓度为1mol l-1
)，以celgard 2400(聚丙烯微孔膜)作为电池隔膜，正极和负极都为锂箔，将锂箔、隔膜和上述双功能电解液组装成锂对称电池进行测试。在0.5ma cm-2
面电流密度和0.5mah cm-2
面容量条件下循环10圈,在锂负极表面构筑富含无机组分保护膜，得到最终的锂金属电池。针对最终的锂金属电池，在电流密度为1ma cm-2
，容量为1mah cm-2
的条件下进行循环。
[0053]
实施例4
[0054]
在氩气手套箱内(o2,h2o《1ppm)配制双功能电解液及装配锂金属电池的具体步骤如下：
[0055]
将libf4溶于ec和dec(体积比＝1:1)中，同时向其中添加n-氟代双苯磺酰胺
(nfsi)，溶解后得到电解液(电解液中nfsi的浓度为0.1mol l-1
，lifsi浓度为1mol l-1
)，以celgard 2400(聚丙烯微孔膜)作为电池隔膜，正极和负极都为锂箔，将锂箔、隔膜和上述双功能电解液组装成锂对称电池进行测试。在0.1ma cm-2
面电流密度和0.1mah cm-2
面容量条件下循环10圈,在锂负极表面构筑富含无机组分保护膜，得到最终的锂金属电池。针对最终的锂金属电池，在电流密度为0.5ma cm-2
，容量为0.5mah cm-2
的条件下进行循环。
[0056]
实施例5
[0057]
在氩气手套箱内(o2,h2o《1ppm)配制双功能电解液及装配锂金属电池的具体步骤如下：
[0058]
将libob溶于ec和dec(体积比＝1:1)中，同时向其中添加n-氟代双苯磺酰胺(nfsi)，溶解后得到电解液(电解液中nfsi的浓度为0.1mol l-1
，lifsi浓度为1mol l-1
)，以celgard 2400(聚丙烯微孔膜)作为电池隔膜，正极和负极都为锂箔，将锂箔、隔膜和上述双功能电解液组装成锂对称电池进行测试。在0.1ma cm-2
面电流密度和0.1mah cm-2
面容量条件下循环10圈,在锂负极表面构筑富含无机组分保护膜，得到最终的锂金属电池。针对最终的锂金属电池，在电流密度为0.5ma cm-2
，容量为0.5mah cm-2
的条件下进行循环。
[0059]
实施例6
[0060]
在氩气手套箱内(o2,h2o《1ppm)配制双功能电解液及装配锂金属电池的具体步骤如下：
[0061]
将litfsi溶于ec和dec(体积比＝1:1)中，同时向其中添加n-氟代双苯磺酰胺(nfsi)，溶解后得到电解液(电解液中nfsi的浓度为0.1mol l-1
，litfsi浓度为0.5mol l-1
)，以celgard 2400(聚丙烯微孔膜)作为电池隔膜，正极和负极都为锂箔，将锂箔、隔膜和上述双功能电解液组装成锂对称电池进行测试。在0.1ma cm-2
面电流密度和0.1mah cm-2
面容量条件下循环10圈,在锂负极表面构筑富含无机组分保护膜，得到最终的锂金属电池。针对最终的锂金属电池，在电流密度为0.5ma cm-2
，容量为0.5mah cm-2
的条件下进行循环。
[0062]
实施例7
[0063]
在氩气手套箱内(o2,h2o《1ppm)配制双功能电解液及装配锂金属电池的具体步骤如下：
[0064]
将litfsi溶于ec和dec(体积比＝1:1)中，同时向其中添加n-氟代双苯磺酰胺(nfsi)，溶解后得到电解液(电解液中nfsi的浓度为0.1mol l-1
，litfsi浓度为2mol l-1
)，以celgard 2400(聚丙烯微孔膜)作为电池隔膜，正极和负极都为锂箔，将锂箔、隔膜和上述双功能电解液组装成锂对称电池进行测试。在0.1ma cm-2
面电流密度和0.1mah cm-2
面容量条件下循环10圈,在锂负极表面构筑富含无机组分保护膜，得到最终的锂金属电池。针对最终的锂金属电池，在电流密度为0.5ma cm-2
，容量为0.5mah cm-2
的条件下进行循环。
[0065]
实施例8
[0066]
在氩气手套箱内(o2,h2o《1ppm)配制双功能电解液及装配锂金属电池的具体步骤如下：
[0067]
将litfsi溶于ec和dec(体积比＝1:1)中，同时向其中添加n-氟代双苯磺酰胺(nfsi)，溶解后得到电解液(电解液中nfsi的浓度为0.05mol l-1
，litfsi浓度为2mol l-1
)，以celgard 2400(聚丙烯微孔膜)作为电池隔膜，正极和负极都为锂箔，将锂箔、隔膜和上述双功能电解液组装成锂对称电池进行测试。在0.1ma cm-2
面电流密度和0.1mah cm-2
面容量
条件下循环10圈,在锂负极表面构筑富含无机组分保护膜，得到最终的锂金属电池。针对最终的锂金属电池，在电流密度为0.5ma cm-2
，容量为0.5mah cm-2
的条件下进行循环。
[0068]
实施例9
[0069]
在氩气手套箱内(o2,h2o《1ppm)配制双功能电解液及装配锂金属电池的具体步骤如下：
[0070]
将litfsi溶于ec和dec(体积比＝1:1)中，同时向其中添加n-氟代双苯磺酰胺(nfsi)，溶解后得到电解液(电解液中nfsi的浓度为0.4mol l-1
，litfsi浓度为2mol l-1
)，以celgard 2400(聚丙烯微孔膜)作为电池隔膜，正极和负极都为锂箔，将锂箔、隔膜和上述双功能电解液组装成锂对称电池进行测试。在0.1ma cm-2
面电流密度和0.1mah cm-2
面容量条件下循环10圈,在锂负极表面构筑富含无机组分保护膜，得到最终的锂金属电池。针对最终的锂金属电池，在电流密度为0.5ma cm-2
，容量为0.5mah cm-2
的条件下进行循环。
[0071]
实施例10
[0072]
在氩气手套箱内(o2,h2o《1ppm)配制双功能电解液及装配锂金属电池的具体步骤如下：
[0073]
将litfsi溶于dol和dme(体积比＝1:1)中，同时向其中添加n-氟代双苯磺酰胺(nfsi)，溶解后得到电解液(电解液中nfsi的浓度为0.1mol l-1
，litfsi浓度为1mol l-1
)，以celgard 2400(聚丙烯微孔膜)作为电池隔膜，正极和负极都为锂箔，将锂箔、隔膜和上述双功能电解液组装成锂对称电池进行测试。在0.1ma cm-2
面电流密度和0.1mah cm-2
面容量条件下循环10圈,在锂负极表面构筑富含无机组分保护膜，得到最终的锂金属电池。针对最终的锂金属电池，在电流密度为0.5ma cm-2
，容量为0.5mah cm-2
的条件下进行循环。
[0074]
实施例11
[0075]
在氩气手套箱内(o2,h2o《1ppm)配制双功能电解液及装配锂金属电池的具体步骤如下：
[0076]
将litfsi溶于ec和dmc(体积比＝1:1)中，同时向其中添加n-氟代双苯磺酰胺(nfsi)，溶解后得到电解液(电解液中nfsi的浓度为0.1mol l-1
，litfsi浓度为1mol l-1
)，以celgard 2400(聚丙烯微孔膜)作为电池隔膜，正极和负极都为锂箔，将锂箔、隔膜和上述双功能电解液组装成锂对称电池进行测试。在0.1ma cm-2
面电流密度和0.1mah cm-2
面容量条件下循环10圈,在锂负极表面构筑富含无机组分保护膜，得到最终的锂金属电池。针对最终的锂金属电池，在电流密度为0.5ma cm-2
，容量为0.5mah cm-2
的条件下进行循环。
[0077]
实施例12
[0078]
在氩气手套箱内(o2,h2o《1ppm)配制双功能电解液及装配锂金属电池的具体步骤如下：
[0079]
将litfsi溶于ec和emc(体积比＝1:1)中，同时向其中添加n-氟代双苯磺酰胺(nfsi)，溶解后得到电解液(电解液中nfsi的浓度为0.1mol l-1
，litfsi浓度为1mol l-1
)，以celgard 2400(聚丙烯微孔膜)作为电池隔膜，正极和负极都为锂箔，将锂箔、隔膜和上述双功能电解液组装成锂对称电池进行测试。在0.1ma cm-2
面电流密度和0.1mah cm-2
面容量条件下循环10圈,在锂负极表面构筑富含无机组分保护膜，得到最终的锂金属电池。针对最终的锂金属电池，在电流密度为0.5ma cm-2
，容量为0.5mah cm-2
的条件下进行循环。
[0080]
实施例13
[0081]
在氩气手套箱内(o2,h2o《1ppm)配制双功能电解液及装配锂金属电池的具体步骤如下：
[0082]
将litfsi溶于pc和emc(体积比＝1:1)中，同时向其中添加n-氟代双苯磺酰胺(nfsi)，溶解后得到电解液(电解液中nfsi的浓度为0.1mol l-1
，litfsi浓度为1mol l-1
)，以celgard 2400(聚丙烯微孔膜)作为电池隔膜，正极和负极都为锂箔，将锂箔、隔膜和上述双功能电解液组装成锂对称电池进行测试。在0.1ma cm-2
面电流密度和0.1mah cm-2
面容量条件下循环10圈,在锂负极表面构筑富含无机组分保护膜，得到最终的锂金属电池。针对最终的锂金属电池，在电流密度为0.5ma cm-2
，容量为0.5mah cm-2
的条件下进行循环。
[0083]
实施例14
[0084]
在氩气手套箱内(o2,h2o《1ppm)配制双功能电解液及装配锂金属电池的具体步骤如下：
[0085]
将litfsi溶于ec和dec(体积比＝7:3)中，同时向其中添加n-氟代双苯磺酰胺(nfsi)，溶解后得到电解液(电解液中nfsi的浓度为0.1mol l-1
，litfsi浓度为1mol l-1
)，以celgard 2400(聚丙烯微孔膜)作为电池隔膜，正极和负极都为锂箔，将锂箔、隔膜和上述双功能电解液组装成锂对称电池进行测试。在0.1ma cm-2
面电流密度和0.1mah cm-2
面容量条件下循环10圈,在锂负极表面构筑富含无机组分保护膜，得到最终的锂金属电池。针对最终的锂金属电池，在电流密度为0.5ma cm-2
，容量为0.5mah cm-2
的条件下进行循环。
[0086]
实施例15
[0087]
将lifepo4、导电碳黑、聚偏氟乙烯(pvdf)按质量比为80∶10∶10混合研磨，加入适量n-甲基吡咯烷酮(nmp)搅拌均匀并涂在铝箔上；将上述铝箔置于120℃真空干燥箱中干燥过夜，作为电池的正极。将litfsi溶于ec和dec(体积比＝1:1)中，同时向其中添加n-氟代双苯磺酰胺(nfsi)，溶解后得到电解液(电解液中nfsi的浓度为0.1mol l-1
，litfsi浓度为1mol l-1
)，以celgard 2400(聚丙烯微孔膜)作为电池隔膜，将正极、锂片、隔膜和上述电解液组装成电池进行测试，在0.1c条件下循环10圈，预先活化，在锂负极表面构筑富含无机组分保护膜，得到最终的锂金属电池。
[0088]
针对最终的锂金属电池，在1c倍率，充放电窗口2.5～4.0v条件下测试其循环性能。图3显示，650圈后的库伦效率稳定在88.6％，放电比容量基本不发生衰减。
[0089]
实施例16
[0090]
将lini
0.5
mn
0.3
co
0.2
o2、导电碳黑、聚偏氟乙烯(pvdf)按质量比为80∶10∶10混合研磨，加入适量n-甲基吡咯烷酮(nmp)搅拌均匀并涂在铝箔上；将上述铝箔置于120℃真空干燥箱中干燥过夜，作为电池的正极。将litfsi溶于ec和dec(体积比＝1:1)中，同时向其中添加n-氟代双苯磺酰胺(nfsi)，溶解后得到电解液(电解液中nfsi的浓度为0.1mol l-1
，litfsi浓度为1mol l-1
)，以celgard 2400(聚丙烯微孔膜)作为电池隔膜，将正极、锂片、隔膜和上述电解液组装成电池进行测试，在0.1c条件下循环10圈，预先活化，在锂负极表面构筑富含无机组分保护膜，得到最终的锂金属电池。
[0091]
针对最终的锂金属电池，在1c倍率，充放电窗口3.0～4.4v条件下测试其循环性能。如图4所示，120圈后的库伦效率稳定在85.5％，放电比容量基本不发生衰减。由图5可以看出，该nfsi添加剂还可在阴极表面生成均匀致密的超薄cei层，确保组装后li||nmc532电池具有良好的长期循环稳定性和倍率性能。
[0092]
实施例17
[0093]
将lini
0.8
mn
0.1
co
0.1
o2、导电碳黑、聚偏氟乙烯(pvdf)按质量比为80∶10∶10混合研磨，加入适量n-甲基吡咯烷酮(nmp)搅拌均匀并涂在铝箔上；将上述铝箔置于120℃真空干燥箱中干燥过夜，作为电池的正极。将litfsi溶于ec和dec(体积比＝1:1)中，同时向其中添加n-氟代双苯磺酰胺(nfsi)，溶解后得到电解液(电解液中nfsi的浓度为0.1mol l-1
，litfsi浓度为1mol l-1
)，以celgard 2400(聚丙烯微孔膜)作为电池隔膜，将正极、锂片、隔膜和上述电解液组装成电池进行测试，在0.1c条件下循环10圈，预先活化，在锂负极表面构筑富含无机组分保护膜，得到最终的锂金属电池。
[0094]
针对最终的锂金属电池，在1c倍率，充放电窗口3.0～4.4v条件下测试其循环性能。
[0095]
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

技术特征：
1.一种用于稳定锂金属电池电极界面的双功能电解液的制备方法，其特征在于，将双功能添加剂与锂盐按照比例均匀分散在醚类溶剂或碳酸酯类溶剂中，形成用于稳定锂金属电池电极界面的双功能电解液；所述双功能添加剂为n-氟代双苯磺酰胺；所述双功能电解液中，n-氟代双苯磺酰胺的浓度为0.05～0.4mol/l，锂盐浓度为0.5～2.0mol/l。2.根据权利要求1所述的一种用于稳定锂金属电池电极界面的双功能电解液的制备方法，其特征在于，所述醚类溶剂为二氧五环或乙二醇二甲醚。3.根据权利要求1所述的一种用于稳定锂金属电池电极界面的双功能电解液的制备方法，其特征在于，所述碳酸酯类溶剂为碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸丁烯酯中两种的组合。4.根据权利要求1所述的一种用于稳定锂金属电池电极界面的双功能电解液的制备方法，其特征在于，所述锂盐为双三氟甲基磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂或二草酸硼酸锂。5.一种用于稳定锂金属电池电极界面的双功能电解液，其特征在于，采用权利要求1-4任一项所述的制备方法制得。6.一种锂金属电池的制备方法，基于权利要求5所述的一种用于稳定锂金属电池电极界面的双功能电解液，其特征在于，在惰性保护气氛下，在锂负极、正极和电池隔膜之间滴加双功能电解液，装配成锂对称电池或锂全电池，然后通过电化学预活化的方式在锂负极表面构筑富含无机组分保护膜，得到最终的锂金属电池。7.根据权利要求6所述的一种锂金属电池的制备方法，其特征在于，所述双功能电解液的滴加量为：每平方厘米锂负极滴加30μl双功能电解液。8.根据权利要求6所述的一种锂金属电池的制备方法，其特征在于，所述电化学预活化具体为：在0.1～0.5ma cm-2
面电流密度和0.1～0.5mah cm-2
面容量条件下进行10圈充放电循环，得到表面构筑富含无机组分保护膜的锂负极。9.根据权利要求6所述的一种锂金属电池的制备方法，其特征在于，所述电池隔膜为celgard 2400；当装配锂对称电池时，所述锂负极和正极均为金属锂；当装配锂全电池时，所述锂负极为金属锂；所述正极包括正极集流体和涂布在正极集流体上正极膜片，所述正极膜片包括正极活性材料、正极导电剂和正极粘结剂；所述正极导电剂为导电炭黑；所述正极活性材料为磷酸铁锂、尖晶石型镍锰酸锂或层状镍钴锰酸锂。10.一种锂金属电池，其特征在于，采用权利要求6-9任一项所述的制备方法制得。

技术总结
本发明提供了一种用于稳定锂金属电池电极界面的双功能电解液、锂金属电池及制备方法，将双功能添加剂与锂盐按照比例均匀分散在醚类溶剂或碳酸酯类溶剂中，形成用于稳定锂金属电池电极界面的双功能电解液；所述双功能添加剂为N-氟代双苯磺酰胺；所述双功能电解液中，N-氟代双苯磺酰胺的浓度为0.05～0.4mol/L，锂盐浓度为0.5～2.0mol/L。本发明采用能够稳定锂金属负极和高电压正极界面的双功能添加剂，改性后的锂金属电池可同时在正极和负极快速形成稳定保护膜，有效地保护电池正极和负极，保证结构的稳定性，提升锂金属电池的循环寿命。寿命。


技术研发人员：高国新 翁贤君 丁书江 曹文
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2023.03.15
技术公布日：2023/7/18