[發明專利]一種電解液及其制備方法和二次鋰金屬電池

有效

• 申請號: 201911193272.7
• 申請日: 2019-11-28
• 公開（公告）號: CN112864459B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 黨岱;付祥祥;吳傳德;曾燃杰;安璐;陳超
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/42;H01M10/052
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 許慶勝

本發明屬于二次鋰金屬電池技術領域，尤其涉及一種電解液及其制備方法和二次鋰金屬電池。本發明提供了一種適用于二次鋰金屬電池的電解液，所述電解液包括鋰鹽、有機溶劑和添加劑；所述鋰鹽溶解于所述有機溶劑中，所述添加劑選自高氯酸鋰、次氯酸、亞氯酸和氯酸中的一種或多種。本發明電解液中的添加劑在二次鋰金屬電池循環初期能夠與電解液反應在鋰金屬負極表面非原位地形成一層穩定、均勻、導電的含有無機鹽LiCl的固態電解質界面層，可以在充放電過程中抑制鋰枝晶生長，有效地提高了金屬鋰二次電池的安全性。

技術領域

本發明屬于二次鋰金屬電池技術領域，尤其涉及一種電解液及其制備方法和二次鋰金屬電池。

背景技術

由于儲能設備實際應用的需求日益增大，傳統鋰離子電池已不能滿足實際需求，鋰金屬由于具有超高的理論比容量(3860mAh/g)、較低的氧化還原電位(-3.04V，相對于標準氫電極)以及最低的質量密度(0.534g/cm³)被視為理想的負極材料。然而，高活性的鋰金屬能與大部分的水性電解液和非水電解液中的鹽發生反應，過多的消耗電解液和鋰金屬，進而使得在充放電循環過程中的庫倫效率不夠高。同時，充放電循環過程中鋰金屬反復的電鍍/剝離，容易形成金屬鋰枝晶，金屬鋰枝晶可能會刺穿隔膜，將正極與負極連接起來，使得電池產生內短路，造成熱失控，進而引起一系列的安全問題。

因此，想要有效推進鋰金屬電池的實際應用，必須尋找到有效地抑制金屬鋰枝晶生長的方法。

為解決金屬鋰枝晶生長問題，國內外研究人員已經做出了很多工作。例如，Shen等將多孔碳納米管直接生長在銅箔上，與傳統銅箔上任意的鋰成核，高濃度的鋰離子集中在鋰粒子的尖端，加速鋰枝晶的生長，最終形成致命的鋰枝晶，不同的是，由于碳納米管的高比表面積和一維特性，沉積的鋰金屬傾向于在CNTs表面均勻成核，有效地抑制枝晶形成(Direct growth of 3D host on Cu foil for stable lithium metal anode,EnergyStorage Materials.2018,13,323-328)。Guo Yu-Guo團隊通過構造具有高電活性表面的亞微米骨架三維集流體，實現鋰在亞微米銅骨架上充分填充集流體孔隙，進而均勻沉積，有效地抑制了鋰枝晶(Accommodating lithium into 3D current collectors with asubmicron skeleton towards long-life lithium metal anodes,Nat.Commun.2015,6,8058)。另外，Tao Xin-Yong團隊用氧化鋅量子點裝飾的竹子衍生的三維分級多孔碳作為無枝晶鋰金屬陽極的親鋰支架。這種碳支架在循環過程中對嚴重的體積變化穩定、可以有效降低局部電流密度，碳的親鋰ZnO量子點可以用來誘導鋰沉積，從而，實現可接受的體積膨脹，大幅降低過電位，有效地抑制了枝晶的生長(3D lithium metal embedded withinlithiophilic porous matrix for stable lithium metal batteries,NanoEnergy.2017,37,177-186)。以上所述的研究成果可為鋰負極的枝晶生長問題提供創新的見解，然而其操作過程繁瑣，不利于產業化。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種電解液及其制備方法和二次鋰金屬電池，用于解決鋰金屬電池會出現金屬鋰枝晶生長、現有方法過程較為繁瑣的問題。

本發明的具體技術方案如下：

一種適用于二次鋰金屬電池的電解液，所述電解液包括鋰鹽、有機溶劑和添加劑；

所述鋰鹽溶解于所述有機溶劑中，所述添加劑選自高氯酸鋰(LiClO₄)、次氯酸(HClO)、亞氯酸(HClO₂)和氯酸(HClO₃)中的一種或多種。

本發明電解液能夠在鋰金屬負極表面形成一層穩定的含有無機鹽的固態電解質界面層，可以在充放電過程中抑制鋰枝晶生長，有效地提高了金屬鋰二次電池的安全性。