[发明专利]一种防止产生锂枝晶的可充金属锂二次电池

说明书

技术领域

本发明属于电池技术领域，特别是涉及一种防止产生锂枝晶的可充金属锂二次电池。 

背景技术

锂电池是指电化学体系中含有锂（包括金属锂、锂合金和锂离子、锂聚合物）的电池。锂电池大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。锂金属电池通常负极采用金属态的锂。锂离子电池负极不含有金属态的锂，目前商用的主要是采用可以嵌入锂离子的石墨作为负极。 

与锂离子电池体系比较而言，可充金属锂电池由于采用了更高比容量和更低电位的金属锂作为负极，使其具有更高的工作电压和能量密度。但是其由于金属锂在充放电过程中存在较大安全隐患，因此一直没有得到商业应用。其主要原因是在电池充放电过程中由于锂的不均匀脱出和沉积，使得锂片表面存在局部择优生长现象，从而产生树枝状的金属锂枝晶。 

由于锂枝晶随着充放电次数的增加不断累积生长最终穿过隔膜到达正极，从而造成电池正负极内部短路，引起局部过热导致着火甚至爆炸，从而大大降低了金属锂电池作为二次电池的安全性。 

因此，基于安全性能考虑，可充锂二次电池目前还主要集中于锂离子电池体系，随着移动便携电子设备不断升级，交通工具清洁化需求，以及清洁能源面临的巨大储能问题等，目前锂离子电池体系已经很难满足未来的需求，发展下一代具有高电压、高功率和高能量密度的电化学储能体系，已经成为了目前研究热点。 

事实上，就目前所提出可以作为未来锂电池的体系如锂空气电池或锂硫电池，基本上都采用金属锂作为负极，因此如何解决金属锂作为负极所带来 的安全问题，将是未来这些体系面临的共同难题和挑战。 

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种防止产生锂枝晶的可充金属锂二次电池，能够防止可充金属锂二次电池产生锂枝晶。 

本发明的一种防止产生锂枝晶的可充金属锂二次电池，该电池体系由锂盐、非水溶剂和/或电解液添加剂构成，所述锂盐的摩尔与非水溶剂体积比值范围为：2mol/1L~10mol/1L。 

优选地，所述锂盐为无机或有机锂盐，无机锂盐选自LiNO₃、LiCl、LiBr、LiI、Li₂CO₃、Li₂SO₄、LiCF₃SO₃或LiC₄F₉SO₃；有机锂盐选自LiN(C_xF_2x+1SO₂)(C_yF_2y+1SO₂)、LiBF_z(CF₃)_4-z、LiC(SO₂CF₃)₃、LiPF_a(CF₃)_6-a、LiPF_b(C₂F₅)_6-b、LiPF_c(异-C₃F₇)_6-c或（NaPF_c(异-C₃F₇)_6-c）；其中，x、y、z、a、b、c为自然数，z≤4，a、b、c≤6。 

优选地，所述非水溶剂为有机溶剂、离子液体或聚合物之一或两种以上的混合物。

优选地，所述电解液添加剂主要为碱金属族盐类，如钾盐，铷盐或铯盐的一种或多种混合物构成。 

优选地，所述有机溶剂包括：醚类有机溶剂、砜类有机溶剂、酯类有机溶剂、烷硅类有机溶剂以及腈类有机溶剂中的一种或一种以上。 

本发明针对目前可充金属锂电池由于负极金属锂所导致安全性问题，采用优化的电解液体系提高锂盐在整个电解液体系中的比重的方法抑制锂枝晶生长，从而使电池安全性能大大提高。随着锂盐比重的增加，一方面电解液中溶剂化的锂离子数量和配位数均发生改变，大大提高电解液和负极之间离子的交换速度，降低了交换过程非均匀性;此外，随着锂盐在整个电解液体系比重的增大，体系粘度不断增大，高粘度的体系在一定程度上也有助于抑制锂枝晶生长。