[发明专利]一种电解液及其制备方法和二次锂金属电池

说明书

本发明属于二次锂金属电池技术领域，尤其涉及一种电解液及其制备方法和二次锂金属电池。本发明提供了一种适用于二次锂金属电池的电解液，所述电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂；所述锂盐溶解于所述有机溶剂中，所述添加剂选自高氯酸锂、次氯酸、亚氯酸和氯酸中的一种或多种。本发明电解液中的添加剂在二次锂金属电池循环初期能够与电解液反应在锂金属负极表面非原位地形成一层稳定、均匀、导电的含有无机盐LiCl的固态电解质界面层，可以在充放电过程中抑制锂枝晶生长，有效地提高了金属锂二次电池的安全性。

技术领域

本发明属于二次锂金属电池技术领域，尤其涉及一种电解液及其制备方法和二次锂金属电池。

背景技术

由于储能设备实际应用的需求日益增大，传统锂离子电池已不能满足实际需求，锂金属由于具有超高的理论比容量(3860mAh/g)、较低的氧化还原电位(-3.04V，相对于标准氢电极)以及最低的质量密度(0.534g/cm³)被视为理想的负极材料。然而，高活性的锂金属能与大部分的水性电解液和非水电解液中的盐发生反应，过多的消耗电解液和锂金属，进而使得在充放电循环过程中的库伦效率不够高。同时，充放电循环过程中锂金属反复的电镀/剥离，容易形成金属锂枝晶，金属锂枝晶可能会刺穿隔膜，将正极与负极连接起来，使得电池产生内短路，造成热失控，进而引起一系列的安全问题。

因此，想要有效推进锂金属电池的实际应用，必须寻找到有效地抑制金属锂枝晶生长的方法。

为解决金属锂枝晶生长问题，国内外研究人员已经做出了很多工作。例如，Shen等将多孔碳纳米管直接生长在铜箔上，与传统铜箔上任意的锂成核，高浓度的锂离子集中在锂粒子的尖端，加速锂枝晶的生长，最终形成致命的锂枝晶，不同的是，由于碳纳米管的高比表面积和一维特性，沉积的锂金属倾向于在CNTs表面均匀成核，有效地抑制枝晶形成(Direct growth of 3D host on Cu foil for stable lithium metal anode,EnergyStorage Materials.2018,13,323-328)。Guo Yu-Guo团队通过构造具有高电活性表面的亚微米骨架三维集流体，实现锂在亚微米铜骨架上充分填充集流体孔隙，进而均匀沉积，有效地抑制了锂枝晶(Accommodating lithium into 3D current collectors with asubmicron skeleton towards long-life lithium metal anodes,Nat.Commun.2015,6,8058)。另外，Tao Xin-Yong团队用氧化锌量子点装饰的竹子衍生的三维分级多孔碳作为无枝晶锂金属阳极的亲锂支架。这种碳支架在循环过程中对严重的体积变化稳定、可以有效降低局部电流密度，碳的亲锂ZnO量子点可以用来诱导锂沉积，从而，实现可接受的体积膨胀，大幅降低过电位，有效地抑制了枝晶的生长(3D lithium metal embedded withinlithiophilic porous matrix for stable lithium metal batteries,NanoEnergy.2017,37,177-186)。以上所述的研究成果可为锂负极的枝晶生长问题提供创新的见解，然而其操作过程繁琐，不利于产业化。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种电解液及其制备方法和二次锂金属电池，用于解决锂金属电池会出现金属锂枝晶生长、现有方法过程较为繁琐的问题。

本发明的具体技术方案如下：

一种适用于二次锂金属电池的电解液，所述电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂；

所述锂盐溶解于所述有机溶剂中，所述添加剂选自高氯酸锂(LiClO₄)、次氯酸(HClO)、亚氯酸(HClO₂)和氯酸(HClO₃)中的一种或多种。

本发明电解液能够在锂金属负极表面形成一层稳定的含有无机盐的固态电解质界面层，可以在充放电过程中抑制锂枝晶生长，有效地提高了金属锂二次电池的安全性。