[發明專利]金屬鋰二次電池用電解液以及使用該電解液的金屬鋰二次電池

在審

• 申請號: 201810791112.1
• 申請日: 2018-07-18
• 公開（公告）號: CN109256587A
• 公開（公告）日: 2019-01-22
• 發明（設計）人: 王騫;楊程凱;劉文;申蘭耀;周恒輝
• 申請（專利權）人: 青海泰豐先行鋰能科技有限公司;北大先行科技產業有限公司
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/42;H01M10/052;H01M12/08
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理事務所(普通合伙) 11200
• 代理人: 余長江

本發明公開了一種含有含硫共軛結構添加劑的金屬鋰二次電池用電解液以及使用該電解液的金屬鋰二次電池。所述金屬鋰二次電池用電解液由鋰鹽、非水溶劑和含硫共軛結構添加劑構成，所述含硫共軛結構添加劑的質量相對于非水溶劑體積的比值為0.01?100mg/mL。本發明通過選取含有特定量的特定添加劑成分的電解液，能夠有效的抑制金屬鋰二次電池中鋰枝晶的生長，從而起到提高金屬鋰二次電池循環性能和安全性的作用。

技術領域

本發明屬于電池技術領域，具體涉及一種含有含硫共軛結構添加劑的金屬鋰二次電池用電解液以及使用了該電解液的金屬鋰二次電池。

背景技術

近些年來，環境污染及其引發的霧霾已成為威脅國民健康的重大隱患，其中相當一部分污染來自于化石燃料的燃燒。為解決化石燃料產生的環境問題，各種綠色能源逐漸走進人們的視野。其中，綠色能源鋰電池由于其能量密度高、自放電小等特點已經在儲能、通訊和交通運輸領域得到廣泛應用。在鋰電池中，傳統負極材料石墨因為較低的容量密度(372mA h g^-1)，有限制鋰電池進一步發展的趨勢。因此，企業和學者們紛紛尋求更高能量密度的負極材料。

金屬鋰作為一種高容量密度的負極材料(3860mA h g^-1)，在二次鋰電池、鋰空氣電池中均有很大的應用潛力。但是金屬鋰也由于其化學性質活潑存在很大的安全問題，當鋰沉積時受到濃度極化和電場影響極容易生長枝晶穿刺隔膜，引發一系列安全問題。

為了增強具有金屬鋰負極的金屬鋰二次電池的安全性，目前的方法大多集中在鋰金屬表面的修飾，即在鋰負極表面形成一層穩定的，具有高導鋰離子能力的界面保護膜(SEI(Solid electrolyte interphase)膜)。如一種方法是在鋰電極表面原位形成無機的導離子能力高、機械強度高的富含LiF的SEI膜，加速鋰的沉積溶解能力和抑制鋰枝晶生長，比如在電解液中添加氟代碳酸乙烯酯(Angew.Chem.Int.Ed.2018,57,1–6)等來形成富含F元素的無機的SEI膜，從而穩定鋰負極，抑制枝晶生長。再如，另一種方法則是使用有機膜去保護金屬鋰，比如使用吡咯等化合物在金屬鋰表面形成保護膜抑制枝晶生長，增強陽極穩定性(專利文獻：CN102315420A)。但是，上面提到的方法都并不能根本上解決溶液中濃度梯度引起的不均勻沉積，同時所形成的膜也容易隨著金屬表面變形發生變形，在電流密度較大時難以較好的保護陽極表面，從而產生枝晶。也即只能起到抑制鋰枝晶的生長效果，而不能從根本上去防止鋰枝晶的形成。

此外，還有方法是加入其它復雜的大分子添加劑，提升鋰的嵌入脫出效率，從而防止高電流密度下的短路行為。然而這種復雜的添加劑分子合成困難，制備過程繁瑣，成本昂貴，很難去實際應用(專利文獻：CN108054429A)。

發明內容

為了從根本上克服現有的鋰金屬表面枝晶生長的問題，本發明提供一種含有小分子的含硫共軛結構添加劑的金屬鋰二次電池用電解液以及使用了該電解液的金屬鋰二次電池，能夠以較低成本防止可充金屬鋰電池產生枝晶。

本發明的為一種金屬鋰二次電池用電解液，其含有鋰鹽、非水溶劑和含硫共軛結構添加劑，其中，所述鋰鹽的濃度為0.5-10mol/L，含硫共軛結構添加劑的質量相對于非水溶劑體積的比值為0.01-100mg/mL。

本發明的所述金屬鋰二次電池用電解液中，優選的，所述鋰鹽為LiPF₆、LiTFSI和LiClO₄中的一種或多種。

本發明的所述金屬鋰二次電池用電解液中，作為非水溶劑，可選自1,3-二氧戊環(DOL)、乙二醇二甲醚(DME)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸丙烯酯(PC)中的一種或多種。