[發明專利]一種二維納米結構電解液添加劑、制備方法及應用

有效

• 申請號: 201911206112.1
• 申請日: 2019-11-29
• 公開（公告）號: CN110911746B
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發明（設計）人: 李真;吳敬一;黃云輝;袁利霞
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/058;H01M10/42;B82Y30/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智;孔娜

本發明屬于堿金屬電池電解液技術領域，并具體公開了一種二維納米結構電解液添加劑、制備方法及應用。該二維納米結構電解液添加劑為二維結構有機或無機納米片，所述二維納米結構材料為氮化硼納米片、氧化石墨烯、過渡金屬硫化物納米片、二維金屬有機骨架材料、二維共價有機骨架材料中的一種或多種，其厚度不大于10納米。所述方法包括將有機或無機塊狀材料剝離成厚度小于10納米的二維納米片，然后將其加入去離子水中分散均勻后進行冷凍干燥后，得到二維納米結構電解液添加劑。所述電解液包括電解質鹽、非水有機溶劑、上述的二維納米結構電解液添加劑。本發明可改善電池的長效循環穩定性和安全性。

技術領域

本發明屬于堿金屬電池電解液技術領域，更具體地，涉及一種二維納米結構電解液添加劑、制備方法及應用。

背景技術

鋰離子電池是目前商業化電池中最受歡迎的二次電池之一，然而當前的商業鋰離子電池接近于理論能量密度，無法滿足電動汽車和電網等高能量密度儲能需求。與普通鋰離子電池相比，采用堿金屬單質為負極的堿金屬電池具有極高的理論容量，然而堿金屬反應活性很高，能與電解液持續反應，導致電解液的損失、枝晶的生長和電池短路。合適的電解液添加劑有助于減少堿金屬的副反應并使其表面鈍化，從而限制堿金屬負極與電解質的進一步反應，延長堿金屬電池的循環壽命。然而，現有技術中電解液添加劑在堿金屬沉積/剝離過程中持續消耗，導致添加劑濃度下降，不能滿足長效穩定性。

因此，亟需開發無反應活性的添加劑，使其永久存在于電池中并保持其濃度基本不變，改善電池全生命周期的安全性。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種二維納米結構電解液添加劑、制備方法及應用，其中結合二維納米結構電解液添加劑自身的特征及其非水堿金屬電池電解液的特點，相應的本發明的二維納米結構電解液添加劑具有高強度和一定的柔性，且其厚度不大于10納米，當其在電解液中形成均勻的膠體時，其可機械壓制電解液枝晶的生長、增強電極/電解質的界面穩定性，更進一步的，堿金屬離子或電解質鹽陰離子可通過靜電力或范德華力與二維納米結構電解液添加劑相互作用，從而提升了電解液的電導率及離子遷移數，促進了堿金屬離子的均勻沉積，因而尤其適用于非水堿金屬電池電解液中的添加劑。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提出了一種二維納米結構電解液添加劑，該二維納米結構電解液添加劑為二維結構有機或無機納米片，所述二維結構有機或無機納米片包括二維納米結構材料，所述二維納米結構材料為氮化硼納米片、氧化石墨烯、過渡金屬硫化物納米片、二維金屬有機骨架材料、二維共價有機骨架材料中的一種或多種，所述二維結構有機或無機納米片的厚度不大于10納米。

作為進一步優選的，所述二維納米結構電解液添加劑可在非水堿金屬電池電解液中形成均勻膠體。

按照本發明的另一方面，還提供一種二維納米結構電解液添加劑的制備方法包括以下步驟：

(1)采用球磨、超聲分散或者化學方法將有機或無機塊狀材料剝離成厚度小于10納米的二維納米片；

(2)將所述二維納米片加入去離子水中分散均勻，得到二維納米片分散液，并將所述二維納米片分散液冷凍干燥后，得到二維納米結構電解液添加劑。

作為進一步優選的，步驟(1)中，所述球磨的時間為10h～20h；所述超聲分散的時間為1h～10h；超聲分散所用的分散劑為水、乙醇、異丙醇、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一種或多種。

作為進一步優選的，步驟(2)中，在所述二維納米片分散液冷凍干燥前，還需對二維納米片分散液進行真空抽濾。

按照本發明的另一個方面，還提供了一種非水堿金屬電池電解液，所述電解液包括電解質鹽、非水有機溶劑、權利要求1所述的二維納米結構電解液添加劑。

作為進一步優選的，所述二維納米結構電解液添加劑在非水堿金屬電池電解液中的質量分數為0.05％～10％。