[发明专利]含氨基酸添加剂的锂金属电池电解液及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含氨基酸添加剂的锂金属电池电解液及其制备方法。所述的电解液包括电解质锂盐，醚类或酯类溶剂和氨基酸添加剂。所述的电解液能够在锂金属表面原位生成含氮的网状络合物，促进锂金属均匀沉积，抑制枝晶生长。含有本发明电解液的锂金属电池的负极库伦效率可达98％以上，配合快速充电的钛酸锂正极使用，可以有效的提高电池的充放电效率和循环寿命。

技术领域

本发明属于二次高能量密度电池技术领域，涉及一种含氨基酸添加剂的锂金属电池电解液及其制备方法。

背景技术

自1991年索尼公司推出高压(3.7V)锂离子电池技术以来，大多数商用锂离子电池仍然使用层状氧化物(LiCoO₂等)、尖晶石氧化物和聚阴离子氧化物作为阴极，同时使用石墨作为阳极材料。这些传统的匹配方法无法突破其有限的理论能力。锂金属电池由于能量密度高、安全性高、原材料廉价，并且其电池结构和锂离子电池类似，有望取代锂离子电池，广泛应用于电动汽车和储能领域。

然而锂金属电池也存在问题，例如负极枝晶生长，该问题会导致电极失效或循环寿命降低。目前已有多种抑制枝晶生长的方法，例如使用生物大分子中间层(Ju,Z.etal.Biomacromolecules enabled dendrite-free lithium metal batteryand itsorigin revealed by cryo-electron microscopy.Nat.Commun.11,488(2020).)、开发3D多孔电流收集器(Zheng,G.et al.Interconnected hollow carbon nanospheres forstable lithiummetal anodes.Nat.Nanotech.9,618–623(2014).3.Liu,D.et al.Layeredreduced graphene oxide with nanoscale interlayer gaps asa stable host forlithium metal anodes.Nat.Nanotech.11,626–632(2016).)、引入SEI层(Li,N.,Yin,Y.,Yang,C.Guo,Y.An artificial solid electrolyte interphaselayer for stablelithium metal anodes.Adv.Mater.9,1853–1858(2016).)和优化电解质配方。人造SEI层是通过预先沉积固态电解质如PEO基的凝胶电解质、LLZO-聚合物电解质等来保护锂金属负极，该方法能够有效地抑制枝晶的生长，但是沉积的均匀性不佳，电池阻抗大幅度增加。现有研究通过在电解液中引入溶剂或盐等添加剂，在锂负极表面原位形成SEI，然而普通原位生长的SEI层机械性较差，在电池循环中承受不住锂反复的体积膨胀，容易破碎，导致枝晶生长刺穿隔膜。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含氨基酸添加剂的锂金属电池电解液及其制备方法。

实现本发明目的的技术方案如下：

含氨基酸添加剂的锂金属电池电解液，包括电解质锂盐、有机溶剂和氨基酸添加剂，所述的有机溶剂为醚类或者酯类。

优选地，所述的锂金属电池电解液中，电解质锂盐的摩尔浓度为1.0～5.0mol L^-1。

优选地，所述的锂金属电池电解液中，氨基酸添加剂的浓度为2.0wt％～10.0wt％，更优选为5.0wt％～10.0wt％。

所述的氨基酸为脯氨酸、酪氨酸、半胱氨酸的一种或多种。

所述的醚类为本领域常规使用的作为电解液溶剂的醚类溶剂，可以是四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1,3-二氧戊烷、4-甲基-1,3-二氧戊烷、2-甲基-1,3-二氧戊烷、二甲氧甲烷、乙二醇二甲醚和二乙二醇二甲醚中的一种或两种。

所述的脂类为本领域常规使用的作为电解液溶剂的酯类溶剂，可以是碳酸乙烯酯和碳酸二乙烯酯中的一种或两种。