[发明专利]一种锂金属负极保护用电解液添加剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种锂金属负极保护用电解液添加剂及其制备方法和应用，电解液添加剂为式(1)所示的化合物：(1)；制备方法包括如下步骤：使还原性锂盐与7,7,8,8‑四氰基对苯二醌二甲烷在有机溶剂中反应，即可得式(1)所示的化合物；应用：式(1)所示的化合物在锂电池电解液中的应用以及包含式(1)所示的化合物的锂电池电解液在锂电池中的应用；本发明的式(1)所示的化合物能够有效抑制锂枝晶生长，提升锂的沉积溶解效率，进而可提高锂电池的循环稳定性和安全性。

技术领域

本发明属于新能源材料领域，具体涉及一种锂金属负极保护用电解液添加剂及其制备方法和应用。

背景技术

现阶段，商品化电池中使用LiFePO₄,LiCoO₂，Li₂MnO₃等过渡金属化合物做正极，石墨或硬碳做负极。无论是过渡金属化合物正极还是石墨负极，它们的理论比容量都不超过400mAh/g，电池的能量密度有限。随着电动车技术的发展，人们对电池能量密度的要求越来越高，目前商品化的电池已经无法满足动力电池对能量密度的要求。于是，近年来Li-S,Li-O₂电池等高能量密度电池体系受到了很大关注。与商品化锂离子电池不同，Li-S,Li-O₂电池直接使用金属锂作为负极。金属锂负极具有3860mAh/g的理论比容量，为商品化石墨的10倍，能极大的提高锂电池能量密度。然而，制约锂的应用中主要存在如下一些问题：(1)金属锂的活性较高，几乎与绝大多数的有机溶剂发生反应，从而在金属锂与电解液的界面形成SEI膜，随着反应的进行，SEI膜逐渐增厚，界面阻抗不断增加，库伦效率降低，电池容量衰减；(2)SEI膜不稳定，在脱嵌锂的过程中不断破裂-脱落-再生成，消耗金属锂及电解液；(3)锂沉积-脱出过程电流密度分布不均，导致沉积不均匀，形成锂枝晶，造成安全隐患及“死锂”引起不可逆容量的损失。因此，要实现锂负极的应用，金属锂负极的保护是急需解决的问题。

目前，关于锂负极保护的报道中，固体电解质界面层(SEI膜)能在一定程度下起到抑制枝晶生长的作用。而利用SEI膜进行锂负极保护的方法包括人工制造SEI膜和原位形成SEI膜两种，人工SEI膜法具体指用导离子性良好、不导电子的聚合物电解质膜如PEO、PVDF膜等预先包覆在金属锂负极上，然后用聚合物膜包覆好的金属锂片进行测试。这种方法有一定的效果，但由于人工合成的聚合物电解质膜很难做到够薄，相对较厚的界面层会产生很大内阻，且随着时间的推移，实际应用中对电池的电化学性能造成很大影响。原位形成SEI膜法是指在电解液中加入一定量的电解液添加剂，添加剂会在金属锂表面原位形成一层界面层，从而起到保护锂负极的目的。

本申请发明人创新的提出一种新型的电解液添加剂，此种电解液添加剂能够在锂负极表面原位形成固态电介质界面，有效的抑制锂枝晶的生长，提高锂沉积溶解效率，从而提高锂电池的循环稳定性和安全性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中的不足，提供一种新型锂金属负极保护用电解液添加剂，其能够有效抑制锂枝晶生长，提高锂沉积溶解效率，进而可提升锂电池的循环稳定性和安全性等性能。

本发明还提供了一种电解液添加剂的制备方法。

本发明还提供了一种锂电池电解液。

本发明还提供了一种锂电池。

为解决以上技术问题，本发明采取的一种技术方案如下：

一种锂金属负极保护用电解液添加剂，所述电解液添加剂为式(1)所示的化合物(以下为描述简便，也称为LiTCNQ)：

根据本发明的一些优选方面，所述式(1)所示的化合物的纯度大于等于98％。提纯的方法可选用现有技术中常规方法，利用重结晶或者溶解度差异等来获得。例如，使用乙醚、二氯甲烷等溶剂进行重结晶的方法来实现式(1)所示的化合物的纯化；