[发明专利]一种电解液及锂金属电池

说明书

本发明涉及一种电解液及锂金属电池，电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述的添加剂包括整平剂和成膜添加剂。本发明的电解液使得锂金属负极极化小、电化学稳定性好，采用本发明的电解液的锂电池在镀锂拔锂过程中金属锂在负极上沉积形貌薄而均匀，只有极少甚至几乎没有死锂的产生，因此具有高的库伦效率。本发明的制备方法简单，可批量制备且成本低。

技术领域

本发明属于新能源材料技术领域，具体涉及一种电解液及锂金属电池。

背景技术

随着传统资源和能源日益紧缺、环境问题日趋严重，开发新的能源储存及转换技术已经成为各国的能源战略重点。锂金属由于具有极高的理论比容量(3860mA·h·g^-1)，低密度(0.59g·cm^-3)，以及最低的电化学电位(-3.040V)，使得可充电锂金属电池被称为储能系统的“圣杯”，而且锂金属阳极还广泛应用于研究“下一代”充电电池，如锂硫电池、锂空气电池等。但目前主要存在两大问题：一是锂枝晶缓慢生长，重复充放电过程中的库仑效率不佳，也容易造成电池内部短路引发热失控，阻碍了锂金属电池的商业化应用；另一方面锂金属低的循环库伦效率使得锂金属电池中需要使用大量过量的金属锂，极大地限制了其能量密度的提升。

近40年来，为了抑制锂枝晶的生长，人们开发了各种各样的策略，如使用固态电解质，优化液态电解质组成来构建高力学模量的人工SEI层，以及设计三维载锂骨架降低电流密度等来获得较高的锂金属循环效率。其中，对于通过优化溶剂、盐和电解质添加剂来构建人工SEI层是较为常用的办法。然而，电解液分解生成的SEI通常机械强度较弱，随着锂枝晶的形成与生长，SEI容易被破坏，需要进一步的修补，消耗电池中的电解液和活性锂。此外，可以通过构建有机高机械强度的聚合物层或者固态阻隔层来防止枝晶穿透隔膜。然而，在金属锂表面构建保护层只是“压制”锂枝晶的生长，并没有从根本上消除锂枝晶的形成，治标不治本，而且也没有改善锂金属的循环库伦效率。因此，从根本上防止锂枝晶的生长，以提高锂金属循环库伦效率和消除电池因为枝晶短路而引发的热失控是一个迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以让锂沉积形貌均匀的电解液及锂金属电池。

为实现上述目的，本发明第一方面提供一种电解液，包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述的添加剂包括整平剂和成膜添加剂。

本发明通过使用具有物理吸附功能的整平剂和成膜添加剂的复配，利用静电屏蔽机理，在镀锂的过程中，整平剂分子的阴离子端会聚集在锂沉积面突起的地方，而阳离子端朝外形成正电荷区域，静电斥力会驱动周围的锂离子移动到周边凹陷区域沉积，从而达到抑制枝晶生成的作用；由于整平剂在锂金属镀锂拔锂过程中仅物理吸附在锂金属表面，而不参与成膜电化学反应，因此，电池循环过程中整平剂不被消耗可以持续发挥作用，有利于提高金属锂的循环库伦效率。

本发明中，所述的整平剂为羟基丙烷磺酸吡啶嗡盐、丙炔醇丙氧基化合物、丙炔醇、丙炔醇乙氧基化合物、1-丙炔基甘油醚、N，N-二乙基丙炔胺、N，N-二乙基丙炔胺硫酸盐、丙烷磺酸吡啶盐、乙烯基磺酸、丙氧基丙炔醇醚、N，N-二乙基丙炔胺甲酸盐、丁炔二醇乙氧基化合物、1，4丁炔二醇、丁炔二醇丙氧基化合物、丙炔基磺酸钠、炔醇基磺酸钠盐、烯丙基磺酸钠、不饱和烷基磺酸盐、羟基化合物磺酸钠盐、双苯磺酰亚胺、苯亚磺酸钠、磺基丁二酸酯钠盐中的任意一种或多种的组合。

优选地，所述的整平剂在所述的电解液中的添加质量百分比为0.02-3％时，可使得电解液体系下对称电池的极化更小，电化学稳定性更好。