【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于新能源電池，具體涉及一種無水bi-tfsi及其制備方法和在鋰金屬負極的應用。
技術介紹
1、金屬鋰負極電池具有最高的比容量，可達3860mah/g，但是，金屬鋰負極的活潑性決定了鋰金屬會在和電解液接觸時發生反應。目前最常見的解決方法是通過在鋰金屬表面形成保護層對鋰金屬進行保護，從而減少電池容量的衰減。目前，構建保護層的方法主要有以下2種：一是添加劑法，通過在電解液中加入可溶性添加劑；二是合金法，在鋰金屬表面形成鋰合金。
2、添加劑法如現有文獻1(付祥祥.基于電解液添加劑界面調控構筑鋰金屬負極[d].廣東工業大學,2021.)，通過添加磺酰氯so2cl2，在鋰金屬表面形成富含licl和so2的鈍化層，提高sei層的機械強度，降低界面副反應，抑制li枝晶的形成。
3、合金法如現有文獻2(牟粵,邱景義,楊曉飛,張婷婷,張松通,明海.鋰合金電極材料的研究進展分析[j].中國材料進展,2021,40(08):573-586+566.)，記載了在鋰金屬表面形成鋰-非金屬合金，包括li-b合金、li-si合金，以及鋰-金屬合金，包括li-sn合金、li-al合金、li-mg合金以及li-zn合金等。
4、根據專利技術人的研究發現，li-bi合金與現有技術公開的合金相比，具有更低的極化電位，在sei層中引入li-bi合金，可以有效提高sei層的電子電導，從而實現鋰金屬表面電場的均勻化，進而提高鋰金屬在沉積時的均勻化，減少鋰枝晶的產生。
5、但是，目前現有技術存在的問題是，沒有合適的l
技術實現思路
1、本專利技術的專利技術目的是提供一種無水bi-tfsi及其制備方法和在鋰金屬負極的應用，通過制備具有可溶性的鉍鹽，采用添加劑法和合金法相結合的方法，利用含鉍添加劑在鋰金屬原位表面形成li-bi合金，從而提高鋰金屬電池的電化學循環性能。
2、為了實現上述目標，需要解決的技術問題是：
3、1、含鉍添加劑必須可以和鋰金屬反應形成li-bi合金，即添加劑必須含有能與鋰金屬反應的金屬陽離子；
4、2、含鉍添加劑必須具有可溶性，即溶于有機電解液中，電離出金屬陽離子；
5、3、形成的合金的微觀形貌必須致密，極化電壓要低。
6、為了實現上述專利技術目的，本專利技術采用的技術方案為：
7、一種無水雙三氟甲磺酰亞胺基鉍，以雙三氟甲磺酰亞胺htfsi和不溶性鉍鹽為原料，經反應、蒸發和干燥，即可得到無水雙三氟甲磺酰亞胺基鉍，化學式為bi(tfsi)3，簡稱為bi-tfsi，所述bi-tfsi不含結晶水，所述無水bi-tfsi即溶于水，也溶于鋰電池有機電解質；所述不溶性鉍鹽為bi2o3。
8、一種無水雙三氟甲磺酰亞胺基鉍的制備方法，包括以下步驟：
9、步驟1，bi-tfsi溶液的制備，向雙三氟甲磺酰亞胺htfsi的水溶液中加入過量的不溶性鉍鹽充分反應，反應完畢后，經過濾得到到的濾液即為雙三氟甲磺酰亞胺基鉍bi(tfsi)3溶液，簡稱bi-tfsi溶液；
10、所述步驟1中，不溶性鉍鹽為bi2o3，所述步驟1過濾的方法為減壓抽濾；步驟2，bi-tfsi晶體的制備，將bi-tfsi溶液在一定條件下進行蒸干，即可得到含結晶水的bi(tfsi)3晶體，簡稱bi-tfsi晶體；
11、所述步驟2中，蒸發的條件為，在真空條件下，以水浴溫度為85-95℃，真空度為10-2-10-4pa進行旋蒸；
12、步驟3，無水bi-tfsi的制備，將步驟2所得bi-tfsi晶體在一定條件下加熱脫去結晶水即可得到無水bi(tfsi)3，簡稱bi-tfsi；
13、在高純氬氣手套箱的過渡艙中，以真空度為10-2-10-4pa，加熱溫度為100-130℃，加熱時間為12-24h，間隔1-2h進行補充氬氣/抽真空的條件下進行加熱，加熱完畢后，直接將加熱后的固體轉移至高純氬氣手套箱中密封保存。
14、一種基于bi-tfsi添加劑的鋰金屬負極，以bi-tfsi作為添加劑，溶解于基礎電解液中，在小電流條件下，與li金屬進行反應，原位形成基于bi-tfsi添加劑的鋰金屬負極，簡稱為bi-負極；
15、所述bi-負極的成分包含li-bi合金、lif、tfsi陰離子和li2co3，所述li-bi合金為li3bi，在充放電循環過程中可逆；
16、所述bi-負極的表面存在光滑致密的sei層，并且，經過1000h循環后，bi-負極的表面仍然可以保持與循環前相同的光滑致密狀態；bi-負極的楊氏模量達到6.0gpa。
17、一種基于bi-tfsi添加劑的鋰金屬負極的制備方法，包括以下步驟：首先，bi-tfsi和基礎電解液作為原料，其中，以bi-tfsi作為鉍源添加劑，在氬氣和無水條件下，將bitfsi置于基礎電解液中靜置溶解，即可得到基于bi-tfsi添加劑的電解液，簡稱為bi-tfsi電解液；然后，立即以li金屬為電極，以bi-tfsi電解液作為電解液，采用常規方法組裝扣式電池，組裝完畢后，立即以小電流條件下進行電化學循環，循環次數為3次，即可在li金屬表面原位形成含li-bi合金的sei層，即制得基于bi-tfsi添加劑的鋰金屬負極，簡稱為bi-負極，所得電池簡稱為bi-tfsi電池；
18、所述基礎電解液的組成為，以雙三氟甲磺酰亞胺基鋰litfsi作為鋰鹽，litfsi的添加量為1-2mol/l，以1,3-二氧戊環dol和1,2-二甲氧基乙烷dme的混合溶液作為復合溶劑；所述復合溶劑中dol和dme的體積比為1：1；
19、所述bi-tfsi濃度為2-5mmol/l；所述靜置溶解的靜置時間為6-8h，所述從配制bi-tfsi電解液到組裝電池的時間間隔不能大于8h；
20、所述小電流條件為，電流密度為1ma/cm2，循環容量為1mah/cm2或者1c。
21、一種基于bi-tfsi添加劑的鋰金屬負極作為鋰電池負極的應用，0h時的阻抗為50-60ω，循環到100h時，阻抗減小為10ω，并且，循環到300h時，阻抗仍然可以穩定保持為10ω；
22、作為li-li對電池的應用時，在電流密度為1ma/cm2，循環容量為1mah/cm2的條件下，穩定循環1000h；
23、作為lifepo4-li全電池的應用時，在1c的條件下，首周放電容量為140-145ma?h/g，可以穩定循環300周，300周時的放電容量為95-100ma?h/g，容量保持率為68-70％；
24、具有良好的倍率性能。
25、本專利技術的測試結果如下：
26、通過xrd測試、ftir測試和eds測試證明，本專利技術成功合成bi-tfsi；并且，進一步通過tg測試量化計算，證明bi-tfsi的化學式為bi(tfsi)3；
27、通過干燥方法對比測試證明，常規真空干燥法無法獲得無水bi-t本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種無水雙三氟甲磺酰亞胺基鉍，其特征在于：以雙三氟甲磺酰亞胺HTFSI和不溶性鉍鹽為原料，經反應、蒸發和干燥，即可得到無水雙三氟甲磺酰亞胺基鉍，化學式為Bi(TFSI)3，簡稱為Bi-TFSI，所述Bi-TFSI不含結晶水，所述無水Bi-TFSI即溶于水，也溶于鋰電池有機電解質。
2.根據權利要求1所述可溶性含Bi添加劑，其特征在于：所述不溶性鉍鹽為Bi2O3。
3.一種無水雙三氟甲磺酰亞胺基鉍的制備方法，其特征在于包括以下步驟：
4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于：所述步驟1中，不溶性鉍鹽為Bi2O3，所述步驟1過濾的方法為減壓抽濾；
5.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于：在高純氬氣手套箱的過渡艙中，以真空度為10-2-10-4Pa，加熱溫度為100-130℃，加熱時間為12-24h，間隔1-2h進行補充氬氣/抽真空的條件下進行加熱，加熱完畢后，直接將加熱后的固體轉移至高純氬氣手套箱中密封保存。
6.一種基于Bi-TFSI添加劑的鋰金屬負極，其特征在于：以Bi-TFSI作為添加劑，溶解于基礎電解液
7.根據權利要求6所述的鋰金屬負極，其特征在于：所述Bi-負極的成分包含Li-Bi合金、LiF、TFSI陰離子和Li2CO3，所述Li-Bi合金為Li3Bi，在充放電循環過程中可逆；
8.一種基于Bi-TFSI添加劑的鋰金屬負極的制備方法，其特征在于包括以下步驟：首先，Bi-TFSI和基礎電解液作為原料，其中，以Bi-TFSI作為鉍源添加劑，在氬氣和無水條件下，將BiTFSI置于基礎電解液中靜置溶解，即可得到基于Bi-TFSI添加劑的電解液，簡稱為Bi-TFSI電解液；然后，立即以Li金屬為電極，以Bi-TFSI電解液作為電解液，采用常規方法組裝扣式電池，組裝完畢后，立即以小電流條件下進行電化學循環，循環次數為3次，即可在Li金屬表面原位形成含Li-Bi合金的SEI層，即制得基于Bi-TFSI添加劑的鋰金屬負極，簡稱為Bi-負極，所得電池簡稱為Bi-TFSI電池。
9.根據權利要求7所述鋰金屬負極制備方法，其特征在于：所述基礎電解液的組成為，以雙三氟甲磺酰亞胺基鋰LiTFSI作為鋰鹽，LiTFSI的添加量為1-2mol/L，以1,3-二氧戊環DOL和1,2-二甲氧基乙烷DME的混合溶液作為復合溶劑；所述復合溶劑中DOL和DME的體積比為1：1；
10.一種基于Bi-TFSI添加劑的鋰金屬負極作為鋰電池負極的應用，其特征在于：0h時的阻抗為50-60Ω，循環到100h時，阻抗減小為10Ω，并且，循環到300h時，阻抗仍然可以穩定保持為10Ω；
...【技術特征摘要】
1.一種無水雙三氟甲磺酰亞胺基鉍，其特征在于：以雙三氟甲磺酰亞胺htfsi和不溶性鉍鹽為原料，經反應、蒸發和干燥，即可得到無水雙三氟甲磺酰亞胺基鉍，化學式為bi(tfsi)3，簡稱為bi-tfsi，所述bi-tfsi不含結晶水，所述無水bi-tfsi即溶于水，也溶于鋰電池有機電解質。
2.根據權利要求1所述可溶性含bi添加劑，其特征在于：所述不溶性鉍鹽為bi2o3。
3.一種無水雙三氟甲磺酰亞胺基鉍的制備方法，其特征在于包括以下步驟：
4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于：所述步驟1中，不溶性鉍鹽為bi2o3，所述步驟1過濾的方法為減壓抽濾；
5.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于：在高純氬氣手套箱的過渡艙中，以真空度為10-2-10-4pa，加熱溫度為100-130℃，加熱時間為12-24h，間隔1-2h進行補充氬氣/抽真空的條件下進行加熱，加熱完畢后，直接將加熱后的固體轉移至高純氬氣手套箱中密封保存。
6.一種基于bi-tfsi添加劑的鋰金屬負極，其特征在于：以bi-tfsi作為添加劑，溶解于基礎電解液中，在小電流條件下，與li金屬進行反應，原位形成基于bi-tfsi添加劑的鋰金屬負極，簡稱為bi-負極。
7.根據權利要求6所述的鋰金屬負極，其特征在于：所述bi-負極的成分包含li-bi合金、li...
【專利技術屬性】
技術研發人員：邵豫龍，秦銀平，周晶晶，陳日明，呂迎春，劉楊，郭炳焜，
申請(專利權)人：上海大學，
類型：發明
國別省市：
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