[发明专利]一种锂空气电池用或锂锂对称电池用电解液

说明书

本发明涉及一种锂空气电池用或锂锂对称电池用电解液，所述电解液包括锂盐、有机溶剂以及添加剂，所述添加剂为卤代硅烷化合物，所述添加剂在所述电解液中的摩尔浓度为0.01‑1 mol/L。

技术领域

本发明涉及一种包含双功能电解液添加剂的锂空气电池用或锂锂对称电池用电解液，属于电池技术领域。

背景技术

随着化石燃料的逐渐消耗和城市环境污染的日益严重，纯电动和混合动力汽车的开发使用越来越受到人们的重视。受到锂离子电池能量密度的限制，目前电动汽车的连续行驶距离仍远低于内燃机动力汽车。作为新一代电动车供能设备，锂空气电池由于结构相对简单，理论能量密度极高，成本低廉，已成为学术界的研究热点。

目前，锂空气电池放电和充电过程中均存在明显的过电势(特别是充电过电势高达1～2V)，使得充放电库伦效率在60～70％之间；另外，当充电电压高于4.2V将会导致电解液氧化分解，使得空气电极进一步恶化导致充电过程具有更高过电势，严重限制了锂空气电池的循环使用性能。目前大量研究结果表明，电极中加入催化剂能有效降低锂空气电池充放电过电势，明显提高电池充放电容量和能量效率(提高至80％)，改善电池倍率充放电性能和循环稳定性，但固相催化剂(如贵金属催化剂Pt,Au,Pd,Ru及其氧化物RuO₂等)价格昂贵，资源稀缺，且与放电产物Li₂O₂的固固接触面积有限，难以有效催化和分解放电产物，这些因素都严重制约其大规模发展。近年来，研究者们提出使用液相催化剂(也称氧化还原中间体)作为氧电极的催化剂。这类催化剂，如碘化锂、四硫富瓦烯等，可以溶解在电解液中，大大提高了催化剂与放电产物的接触面积。但这些液相催化剂仍存在一些问题，如起催化作用的催化剂氧化态易穿梭至锂负极一侧，并与其发生反应，从而腐蚀锂负极。此外，锂空气电池中的金属锂负极由于电极电位低，易与空气成分、电解液组分和充放电产物等发生副反应，并且在循环过程中的锂枝晶问题，也会导致一系列的安全性问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种包含双功能电解液添加剂的用于锂空气电池(或锂锂对称电池)的电解液，既能降低锂空气电池(或锂锂对称电池)的充电过电势，又能抑制副反应的发生，改善锂空气电池(或锂锂对称电池)的循环寿命。

一方面，本发明提供一种锂空气电池用或锂锂对称电池用电解液，所述电解液包括锂盐、有机溶剂以及添加剂，所述添加剂为卤代硅烷化合物，所述添加剂在所述电解液中的摩尔浓度为0.01-1mol/L。

本发明的锂空气电池用或锂锂对称电池用电解液中，卤代硅烷化合物添加剂可发挥双功能电解液添加剂的作用，功能一为该添加剂一端可释放卤素离子，作为可溶性液相催化剂，降低锂空气电池(或锂锂对称电池)的充电过电势；功能二为该添加剂另一端可释放有机硅烷，硅烷与锂负极表面键合形成钝化层，提高锂空气电池(或锂锂对称电池)的循环性能。本发明的锂空气电池(或锂锂对称电池)用电解液通过加入上述添加剂，一方面可得到低充电极化电解液，其中低充电极化是指充电电压平台低于3.8V，具有提高电池能量效率的优点，将该电解液应用于锂空气电池或锂锂对称电池时，能较大程度上改善其充电极化问题；同时可获得长循环寿命，长循环寿命是指循环大于20圈。

所述卤代硅烷化合物选自结构式可以为式(1)所示的化合物中的至少一种，

其中，X为卤族元素，R1、R2、R3各自独立地选自氢、C1～12烷基、苄基、羟基、氨基、脲基、乙烯酰氧基、巯基、硫基、甲硅烷基中的一种。

较佳地，X为氯、溴、碘中的一种，R1、R2、R3各自独立地选自苄基、羟基、氨基、脲基、乙烯酰氧基、巯基、硫基、甲硅烷基中的一种。

所述添加剂在所述电解液中的摩尔浓度为0.01-1mol/L，优选为0.04-0.06mol/L，更优选0.05mol/L。