[发明专利]一种混合锆盐电解质材料的合成方法及在锂金属电池中的用途

说明书

本发明提供了一种混合锆盐电解质材料的合成方法及在锂金属电池中的用途。所述制备方法包括如下步骤：第一步，以现有商业化的锂电池电解液作为原材料制备含锆混合电解质材料的浑浊液溶液；第二步，将第一步中得到的浑浊溶液离心，取下层沉淀，然后用商业化的碳酸酯类电解液溶剂清洗多余的杂质；第三步，将第二步中清洗后的得到的白色沉淀进行干燥，然后研磨粉碎即得到了一种混合锆盐电解质材料。将这种混合锆盐电解质材料加入含有六氟磷酸锂的锂电池电解液中后，能够非常显著的提高锂金属电池中锂阳极的循环稳定性和倍率充放电性能，从而大幅度提高锂金属电池的电化学性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池负极技术领域，具体涉及了一种混合锆盐电解质材料的合成方法及在锂金属电池中的用途。

背景技术

电动汽车和便携式电子产品的快速发展激发了对更高能量密度锂离子电池需求。锂金属阳极因其最高的理论比容量(3860mAh/g)、最低的负电化学电位(-3.4V)和较轻的重量而被认为是最终的锂电池阳极材料。锂金属电池可以提供更高的功率和能量密度，特别是当它与高电压和高比容量的高镍LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂(高镍NMC，Ni≥60％)阴极结合时。然而，高活性的锂金属阳极在充放电时，会与现有的商业化碳酸酯类电解质发生持续的副反应，导致锂电池库仑效率(CE)降低和容量衰减加快。另外副反应产生的锂枝晶还会带来电池短路的安全隐患，这严重限制了可充电锂金属电池(LMB)的实际应用。

电解液使锂电池中非常重要的组成部分，现有的商业化的锂电池电解液主要是六氟磷酸锂(LiPF₆)作为电解质，以碳酸酯类有机溶剂作为溶剂。但是这种电解液并不能够在锂金属电池的锂金属阳极表面形成稳定的固体界面(SEI)膜，因此商业化的碳酸酯类电解液会和锂金属阳极发生持续的副反应，加速锂金属电池的容量衰减。如果想要提高锂金属电池的循环寿命，必须改善现有的锂电池电解液，使其能够在锂金属阳极表面形成稳定的SEI膜，抑制电解液和锂金属阳极的持续副反应。

发明内容

为了克服现有锂电池电解液技术的缺点，本发明提供了一种混合锆盐电解质材料的合成方法及在锂金属电池中的用途。所合成的混合锆盐电解质材料添加到含有六氟磷酸锂的商业化锂电池电解液中后，能够显著的提高锂金属阳极的循环稳定性，从而显著的提高锂金属电池的倍率性能和循环寿命。

本发明采用的技术方案如下：

本发明的第一目的在于提供一种混合锆盐电解质材料，包括以下步骤：

(1)将六氟磷酸锂(LiPF6)、锂电池电解液中的有机溶剂、氯化锆(ZrCl4)和硝酸锂(LiNO3)进行混合，搅拌，得到黄色混浊的溶液；

(2)用离心管对步骤(1)中得到黄色混浊的电解质溶液进行离心，然后倒掉上层清液，取下层沉淀；

(3)将步骤(2)得到的沉淀用锂电池电解液中的碳酸酯类溶剂进行清洗，然后将洗涤后的白色沉淀进行加热干燥，最后得到混合锆盐电解质材料；

上述方法中，步骤(1)中，所述锂电池电解液有机溶剂为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸丙烯酯(PC)和碳酸甲乙酯(EMC)中的一种以上。

上述方法中，步骤(3)中，用碳酸酯类溶剂对沉淀进行清洗，具体做法为：

取步骤(1)中等质量的碳酸酯类电解液溶剂注入离心管和步骤(2)得到的沉淀进行搅拌使溶剂和沉淀充分混合，然后离心取下层沉淀，然后再次重复这个过程1-3次，得到纯净的混合锆盐白色沉淀。

上述方法中，步骤(3)中，加热干燥的具体条件为：在40℃-60℃的条件下干燥12-24小时。