[发明专利]一种抑制锂枝晶的电解液及制备方法和锂电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种抑制锂枝晶的电解液及制备方法和锂电池。

背景技术

随着科技的发展，人类对能源的需求与日俱增，而商业化的锂离子电池由于理论比容量较低已不能满足需求，高容量密度电池的开发已经成为研究的热点，锂金属具有高理论比容量（3860mAh/g），在储能领域有很大的应用潜能，但是锂枝晶的生长，不仅降低了电池的性能，而且容易发生短路引发安全隐患，这些问题严重阻碍了金属锂负极二次电池的发展和实际应用。

解决上述问题主要涉及三个方面：锂金属、隔膜和电解液。目前主要集中在前两个方面，如专利CN103384000A通过设计一种3D的集流体的办法来提高锂二次电池性能，通过将锂金属注入一种具有3D结构的骨架中制成电极，这种电极将会大大减少电极的局部电流密度从而达到抑制枝晶的效果。但此方法不仅仅增加了电池的整体重量，且制备过程繁琐，不利于商业生产。相比之下，向电解液中添加相应的纳米添加剂是一种简单且有效的方法。目前纳米添加剂的作用主要是通过参与负极SEI的形成从而抑制锂金属枝晶问题，这些纳米添加剂通常在循环多次后渐渐失效，这类作用单一的纳米添加剂并不能很好的解决锂金属负极的枝晶问题。因此，我们提出了一类对锂金属负极枝晶问题具有多重抑制作用的纳米氟化物作为纳米添加剂的非水电解液，该体系作用机理是利用氟化物纳米粒子的多重作用达到抑制锂金属负极的枝晶的生长的效果，从而有效了解决了目前纳米添加剂对锂枝晶的抑制作用不明显的问题。

另外，含纳米氟化物作为纳米添加剂的非水电解液分别对电池正极和隔膜均有积极作用，从而使电池达到了更稳定、更安全、寿命更长的效果。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的上述不足，提供一种锂金属负极枝晶问题具有多重抑制作用的化物作为纳米添加剂的非水电解液及其制备方法和制得的锂电池。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种抑制锂枝晶的电解液，包括锂盐、纳米添加剂、分散剂、有机溶剂，所述锂盐的浓度为0.5-10mol/L，所述分散剂的质量分数为0.01%-1%，所述纳米添加剂的质量分数为0.01％～10％，其中，所述纳米添加剂为LiF、CaF₂、AlF₃、NaF、MgF₂、CsF₂、KF、RbF、SrF₂、PbF₂、BeF₂、AgF、SnF₂、BF₃中的至少一种。

将上述氟化物纳米粒子加入非水电解液中，分别对锂金属负极、正极和隔膜均有不同的促进作用，综合考虑，采用含氟化物纳米粒子作为纳米添加剂制备的非水电解液使得电池达到了更稳定、更安全、寿命更长的效果。并且含氟化物的电解液在电池中的作用是一个持续稳定的过程，与传统成膜纳米添加剂对比，氟化物纳米粒子在负极表面可以达到现场快速成膜的效果，从而有效抑制了锂枝晶的生长以及正极表面的副反应；另外氟化物纳米粒子在电解液中可以稳定存在，不存在效果衰退等问题的出现。

其中，所述纳米添加剂的粒径为5-20nm。粒径低于5nm，纳米添加剂自身容易发生团聚，成膜难度高；粒径高于20nm，纳米添加剂形成的SEI膜致密性较差。

其中，还包括分散剂，所述分散剂为CMC、PEG、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、烷基脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪胺聚氧乙烯醚中的至少一种。分散剂可以增强纳米添加剂在有机溶剂中的分散度，提高SEI膜的致密性。

优选地，所述分散剂为CMC。

其中，所述锂盐为有机锂盐和/或无机锂盐。