[發(fā)明專利]鋰金屬負(fù)極、鋰電池電解液以及鋰電池

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010106537.1
• 申請(qǐng)日: 2020-02-21
• 公開（公告）號(hào): CN113299888A
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 康丹苗;梁文斌;馬浩初
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)家能源投資集團(tuán)有限責(zé)任公司;北京低碳清潔能源研究院
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525;H01M10/0567
• 代理公司: 北京潤(rùn)平知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11283
• 代理人: 劉依云;喬雪微

本發(fā)明涉及鋰電池技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種鋰金屬負(fù)極、鋰電池電解液和鋰電池，所述鋰金屬負(fù)極包括：鋰金屬和在所述鋰金屬的表面附著的含親鋰基團(tuán)有機(jī)物，其中，所述含親鋰基團(tuán)有機(jī)物含有硫醇基團(tuán)、羥基基團(tuán)、羧基基團(tuán)、氨基基團(tuán)、鹵素中的至少一種。所述電解液包含：電解質(zhì)、溶劑和含親鋰基團(tuán)有機(jī)物，其中，所述含親鋰基團(tuán)有機(jī)物含有硫醇基團(tuán)、羥基基團(tuán)、羧基基團(tuán)、氨基基團(tuán)、鹵素中的至少一種。所述鋰電池為包含所述鋰金屬負(fù)極或所述鋰電池電解液的鋰電池。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的鋰電池具有降低鋰在沉積過程中的過電勢(shì)，促進(jìn)鋰金屬在沉積過程中形成更均勻致密的結(jié)構(gòu)，延緩鋰枝晶的生成的效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋰金屬負(fù)極、鋰電池電解液以及鋰池。

背景技術(shù)

鋰離子電池儲(chǔ)能具有高能量密度和便攜的優(yōu)勢(shì)，經(jīng)過二十年的發(fā)展逐步獲得了市場(chǎng)的認(rèn)可，在個(gè)人電子設(shè)備、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了規(guī)模化應(yīng)用。在已知的電極材料中，鋰金屬負(fù)極以3860mAh·g^-1的高容量和最負(fù)的電勢(shì)(-3.040V vs.標(biāo)準(zhǔn)氫電極)而成為儲(chǔ)能界的“圣杯”，受到研究人員的關(guān)注。

20世紀(jì)70年代，鋰金屬一次電池已經(jīng)在心臟起搏器、空間探索、石油勘探等諸多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了商業(yè)化應(yīng)用。但是當(dāng)金屬鋰作為二次電池負(fù)極時(shí)，可逆沉積鋰容易形成鋰枝晶，個(gè)別鋰枝晶刺穿隔膜，造成電池內(nèi)部短路，形成安全隱患。抑制枝晶生長(zhǎng)是實(shí)現(xiàn)高能量密度鋰金屬電池(如鋰硫電池、鋰氧電池等)規(guī)模化應(yīng)用的關(guān)鍵。為了抑制枝晶生長(zhǎng)，提高鋰金屬電池的安全性、利用率和循環(huán)壽命，研究學(xué)者們提出了多種解決方案。

CN109004276A公開一種鋰負(fù)極保護(hù)膜、制備方法及鋰金屬二次電池，具體公開了通過鋰鹽、離子液體、無機(jī)物納米顆粒和Nafion聚合物溶液涂覆，形成準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)，再通過涂覆的方式保護(hù)鋰金屬負(fù)極，在鋰負(fù)極或銅集流體表面形成一層準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)層，具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，提高了鋰金屬負(fù)極的穩(wěn)定性；但是，在其溶液制備過程涉及球磨等工序，Nafion鋰化等工序，過程繁瑣，且完全通過物理涂覆，無化學(xué)鍵作用，界面結(jié)合較弱。

CN106935800A公開了一種用于二次鋰電池負(fù)極的保護(hù)層，具體公開了通過多硫化鋰的溶液浸泡，在鋰金屬表面形無機(jī)鹽層，利用無機(jī)鹽層的離子傳導(dǎo)特性和電子絕緣性，對(duì)鋰金屬表面的鋰沉積起到調(diào)控作用；但是，該方法局限于少數(shù)幾種無機(jī)鹽類，且無抑制枝晶數(shù)據(jù)支持其聲稱效果，且該無機(jī)鹽層與鋰金屬界面無化學(xué)作用，僅靠物理吸附，同樣存在結(jié)合鋰弱的特點(diǎn)。

如何克服鋰金屬負(fù)極存在的枝晶生長(zhǎng)缺陷，讓需要尋找合適的解決方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的鋰金屬負(fù)極的枝晶生長(zhǎng)而造成鋰金屬電池短路、不安全的缺陷，提供了鋰金屬負(fù)極、鋰電池電解液以及鋰電池。該鋰電池具有降低鋰在沉積過程中的過電勢(shì)，促進(jìn)鋰金屬在沉積過程中形成更均勻致密的結(jié)構(gòu)，延緩鋰枝晶的生成的效果。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一方面提供一種鋰金屬負(fù)極，所述鋰金屬負(fù)極包括：鋰金屬和在所述鋰金屬的表面附著的含親鋰基團(tuán)有機(jī)物，其中，所述含親鋰基團(tuán)有機(jī)物含有硫醇基團(tuán)、羥基基團(tuán)、羧基基團(tuán)、氨基基團(tuán)、鹵素中的至少一種。

本發(fā)明第二方面提供一種鋰電池，其中，該鋰電池包含所述的鋰金屬負(fù)極。

本發(fā)明第三方面提供一種鋰電池電解液，所述電解液包含：電解質(zhì)、溶劑和含親鋰基團(tuán)有機(jī)物，其中，所述含親鋰基團(tuán)有機(jī)物含有硫醇基團(tuán)、羥基基團(tuán)、羧基基團(tuán)、氨基基團(tuán)、鹵素中的至少一種。

本發(fā)明第四方面提供一種鋰電池，其中，該鋰電池包含所述的電解液。

通過上述技術(shù)方案，本發(fā)明在鋰金屬表面引入含親鋰基團(tuán)有機(jī)物，通過親鋰基團(tuán)的電子富集作用，降低鋰在沉積過程中的過電勢(shì)，促進(jìn)鋰金屬在沉積過程中形成更均勻致密的結(jié)構(gòu)，延緩鋰枝晶的生成，從而提高鋰電池的穩(wěn)定性和安全性。