一种改善锂金属负极日历老化的方法及系统

本发明属于锂金属电池优化相关，更具体地，涉及一种改善锂金属负极日历老化的方法及系统。

背景技术：

1、电动汽车、便携式设备和储能设备对电池的容量需求不断增加，促使人们努力开发用于下一代电池的高能量密度电极材料。由于其超高的理论容量(3860mah/g)和超低的氧化还原电位(与标准氢电极相比为-3.04v)，锂金属负极在实现能量密度＞400wh/kg的下一代电池方面具有非凡的潜力。

2、当前，锂金属负极的商业应用不仅需要多次循环后的高容量保持率，更重要的是还要求在开路存储期间保持低的容量衰减。例如，电动汽车的电池需要承受超过十年的持续使用，包括反复充/放电的循环老化和长期开路储存的日历老化。固体电解质界面的钝化效果不到位导致电解液渗透到锂金属负极表面，使得电解液持续分解从而造成日历老化期间的容量损失。因此，有必要开发一种恒压保持改善锂金属负极日历老化的电化学方法，形成致密且均匀的固体电解质界面更好地保护锂金属负极，为锂金属负极的商业应用开辟新方向。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种改善锂金属负极日历老化的方法及系统，可以在锂金属负极与电解液的固液界面处形成钝化界面，有效缓解锂金属负极的日历老化。

2、为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种改善锂金属负极日历老化的方法，包括s1：获取锂金属电池的电解液中阴离子的分解电位；s2：采用恒流放电模式以第一电流对所述锂金属电池进行放电，使电池电压从开路电压以预设速度下降到阴离子的分解电位，并在所述分解电位保持预设时间，以形成阴离子分解产物主导的固体电解质界面，也即钝化界面，进而有效缓解锂金属负极在日历老化期间的容量损失，其中，第一电流的电流密度小于或等于10μa cm-2。

3、优选的，所述第一电流的电流密度为5～10μa cm-2。

4、优选的，所述预设速度为0.2-0.5v/min。

5、优选的，所述电解液为含有双三氟甲磺酰亚胺锂的醚类电解液或者含有六氟磷酸锂的碳酸酯类电解液。

6、优选的，采用线性扫描伏安法获取锂金属电池的电解液中阴离子的分解电位。

7、优选的，线性扫描伏安法的扫描速率为0.01～0.05mv/s。

8、优选的，所述预设时间为12～18小时。

9、本申请第二方面提供了一种改善锂金属负极日历老化的系统，包括：获取模块：用于获取锂金属电池的电解液中阴离子的分解电位；钝化模块：用于采用恒流放电模式以第一电流对所述锂金属电池进行放电，使电池电压从开路电压缓慢下降到阴离子的分解电位，并在所述分解电位恒压保持预设时间，以形成阴离子分解产物主导的固体电解质界面，也即钝化界面，进而有效缓解锂金属负极在日历老化期间的容量损失，其中，第一电流的电流密度小于或等于10μa cm-2。

10、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的一种改善锂金属负极日历老化的方法及系统主要具有以下有益效果：

11、1.本申请通过对锂金属电池在小电流下放电，并使电池电压从开路电压以预设速度缓慢下降到阴离子的分解电位，利用恒压保持调控阴离子的定向分解，所以在锂金属负极与电解液的固液界面处形成阴离子分解产物主导的固体电解质界面，也即钝化界面，进而有效缓解锂金属负极在日历老化期间的容量损失。

12、2.本申请的第一电流密度小于或等于10μa cm-2，在该小电流下电池电压曲线会缓慢下降，从而最大程度地减少带负电荷的阴离子从锂金属负极表面逃离，延缓了锂金属电池的日历老化速度，相比于现有技术，相同的日历老化时间电池保有的库伦效率突破了93.5％的限制，可以达到97.6％，显著提高了锂金属电池寿命。

13、3.本申请以0.2-0.5v/min的速度缓慢下降至阴离子的分解电位，并在分解电位保持12～18小时，使得阴离子有足够的时间进行定向分解，保证了钝化界面的均匀性和稳定性。

14、4.本申请优选通过线性扫描伏安法获取锂金属电池的电解液中的阴离子分解电位，在电压变化的过程，线性扫描伏安法可以测量阴离子上基团分解时引起的电流波动，从而确定阴离子的分解电位，精准度高。

15、5.通过恒流-恒压相结合的放电模式，即可形成阴离子分解产物主导的固体电解质界面，并且操作简便，适合大规模应用。

技术特征：

1.一种改善锂金属负极日历老化的方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的改善锂金属负极日历老化的方法，其特征在于，所述第一电流的电流密度为5～10μa cm-2。

3.根据权利要求1或2所述的改善锂金属负极日历老化的方法，其特征在于，所述预设速度为0.2-0.5v/min。

4.根据权利要求1～3任意一项所述的改善锂金属负极日历老化的方法，其特征在于，所述电解液为含有双三氟甲磺酰亚胺锂的醚类电解液或者含有六氟磷酸锂的碳酸酯类电解液。

5.根据权利要求1所述的改善锂金属负极日历老化的方法，其特征在于，采用线性扫描伏安法获取锂金属电池的电解液中阴离子的分解电位。

6.根据权利要求5所述的改善锂金属负极日历老化的方法，其特征在于，线性扫描伏安法的扫描速率为0.01～0.05mv/s。

7.根据权利要求1所述的改善锂金属负极日历老化的方法，其特征在于，所述预设时间为12～18小时。

8.一种改善锂金属负极日历老化的系统，其特征在于，包括：

技术总结
本发明属于锂金属电池优化相关技术领域，其公开了一种改善锂金属负极日历老化的方法及系统，方法包括：S1：获取锂金属电池的电解液中阴离子的分解电位；S2：采用恒流放电模式以第一电流对所述锂金属电池进行放电，使电池电压从开路电压以预设速度下降到阴离子的分解电位，并在所述分解电位保持预设时间，以形成阴离子分解产物主导的固体电解质界面，也即钝化界面，进而有效缓解锂金属负极在日历老化期间的容量损失，其中，第一电流的电流密度小于或等于10μA cm<supgt;‑2</supgt;。本申请可以在锂金属负极与电解液的固液界面处形成钝化界面，有效缓解锂金属负极的日历老化。

技术研发人员：张云,周华民,周孟源,解晶莹,李茂源,李龙辉,沈关成,吕桃林,黄志高
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25