[发明专利]一种锂金属电池、负极、电解液及其制备

说明书

本发明属于锂金属电池领域，具体一种添加有不溶性固体颗粒的锂金属电池电解液，包括基础电解液和不溶性固体颗粒；所述的基础电解液包括有机溶剂和导电锂盐；所述的不溶性固体颗粒为M金属的氮化物和/或氟化物；所述的M金属为Li或者能被Li金属还原置换的金属中的至少一种。本发明还提供了一种所述的电解液的应用以及其制得的负极和锂金属电池。本发明中，电解液中的不同颗粒共沉积到集流体上的金属锂，与纳米颗粒发生化学反应，生成稳定的SEI膜以及相应的沉锂位点。本发明技术方案，可有效避免锂枝晶的生长，从而提高金属锂负极的充放电库伦效率，增加循环寿命。

技术领域

本发明属于新能源器件领域，具体涉及一种锂金属电池的电解液、负极。

背景技术

随着环境危机和能源危机意识不断的加强，新能源领域近年来逐渐成为热点，电池材料也越来越备受关注。金属锂凭借高的理论比容量(3860mAh/g)、最低的电极电位(-3.040V vs.SHE)以及低的密度(0.53g/cm³)，是锂电池中的理想的负极材料。二次电池中采用金属锂负极，电池容量实现较大突破，特别是目前较为先进的Li-O₂电池和Li-S电池，能量密度达到了2000Wh/kg。虽然金属锂优势很大，但在商业引用上，且难以推广。

金属的高活性所引发的安全隐患限制了其商品化的应用。高活性的金属锂，在充放电过程中不可控的生长锂枝晶，导致的电池短路和库伦效率低，同时带来的体积膨胀和苔藓锂生长也导致大量的锂浪费。目前针对金属锂负极的改进方法有很多种：电解液的修饰改性，3D集流体的应用，固态电解质应用，人造SEI膜保护等等。如研究性论文：Ma及其团队通过在电解液中添加一种新型添加剂TTFEB，该添加剂是一种含氟的有机物，在充放电过程中原位实现了金属锂表面的氟化锂包覆，该种可溶性添加剂虽然在保护金属锂负极上有显著效果，但是其与金属锂片是直接接触的，导致电池内部的副反应发生较多，电池自放电较大，电池电压偏低等等一系列问题。([1].Ma Y，Zhou Z，Li C，et al.Enabling ReliableLithium Metal Batteries by a Bifunctional Anionic Electrolyte Additive[J].2017，11.)

CN107666011A本发明涉及一种非水电解液及非水电解液二次电池；具体涉及一种以羧酸酯为主溶剂的非水电解液及非水电解液二次电池。一种非水电解液，包括溶剂、添加剂、碱金属盐及特殊结构的链状羧酸酯；本发明的链状羧酸酯在非水电解液中可作为主溶剂使用；且特别适用于负极材料是碱金属过渡金属复合氧化物或者过渡金属氧/硫的非水二次电池。该种专利所采用的手段是将主溶剂采用羧酸酯类，该种方式在保护金属负极表面的同时，也对电解液自身的性能有所损失，羧酸酯类电解液本身与金属发生的副反应较多，且该种反应是持续不断的，也就导致了对金属负极的消耗是持续的，这样的改性方式，一定程度上，对电极造成了腐蚀。

发明内容

为解决现有锂金属电池电解液存在的不足，本发明第一目的在于，提供一种添加有不溶性固体颗粒的锂金属电池电解液。

本发明第二目的在于，提供所述的锂金属电池电解液的应用方法，将其直接用作锂金属电池的电解液，组装成锂离子电池，或者将其用于制得锂金属负极，再用于组装成电池。

本发明第三目的在于，提供一种锂金属电池负极，旨在提升电学性能。

本发明第四目的在于，提供所述的锂金属电池负极的制备方法。

本发明第五目的在于，提供一种锂金属电池。旨在通过所述的创新地电解液或者负极的使用，提升电池的电学性能。

一种添加有不溶性固体颗粒的锂金属电池电解液，包括基础电解液和不溶性固体；

所述的不溶性固体颗粒为M金属的氮化物和/或氟化物；所述的M金属为Li或者能被Li金属还原的金属中的至少一种。