[发明专利]一种基于硝酸铜电解液添加剂的锂金属电池

说明书

本发明公开了一种基于硝酸铜电解液添加剂的锂金属电池，该锂金属电池包括负极，所述负极为金属锂；正极，所述正极包括正极集流体和涂布在正极集流体上的包括正极活性材料、正极导电剂、正极粘结剂的正极膜片；隔膜，位于正极和负极之间；和电解液，其中所述电解液包括锂盐、有机溶剂和硝酸铜。本发明通过用硝酸铜作为电解液添加剂，可以实现对锂金属电池正极和负极的同时保护，首圈库伦效率高，长循环性能得到了大幅度提升，在2C(1C＝120mA g^‑1)倍率下进行的电池测试中，600个循环后，放电容量仍然在初始放电容量的90％以上，同时添加剂成分单一，原料廉价易得，无二次污染，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于锂金属电池技术领域，具体涉及一种基于硝酸铜电解液添加剂的锂金属电池。

背景技术

锂离子电池作为一种重要的能源存储设备，在现代生活中占据着至关重要的地位。常规的基于石墨负极和氧化物正极的锂离子电池因其能量密度有限，不能满足人们对便携设备和电动车等的日益增长的需求。由于直接利用锂金属做负极而获得的高理论比容量(～3860mAh g^-1)和最低的电极电势(-3.04V)，锂金属电池又重新进入了人们的视野，并引起广泛关注。然而，由于锂金属在充电过程中形成锂枝晶，随着电池循环次数的增加，锂枝晶不断生长，最终会刺穿隔膜，使电池内部短接，造成很大的安全隐患。

在锂金属电池首圈充放电过程中，锂金属负极与电解液发生反应形成的固体电解质界面膜(SEI)被认为是抑制锂枝晶生长的有效成分。但其与锂负极的兼容性较差，影响电池的循环寿命。常用的改善SEI膜的方法有人工SEI、电解液添加剂、高浓电解液等。其中，电解液添加剂方法因其简便有效的特点被广泛应用，但是目前的电解液添加剂多成分复杂，功能单一，有些添加剂，如有机化合物或含氟金属盐，还会引入新的环境污染问题，因此，选择一种组分单一，绿色环保且功能显著的电解液添加剂是当务之急。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于硝酸铜电解液添加剂的锂金属电池，该锂金属电池可同时在正极和负极快速的形成稳定保护膜，有效地保护电池正极和负极，保证结构的稳定性，提升电池的首圈库伦效率和长循环性能。

为了解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：

提供一种基于硝酸铜电解液添加剂的锂金属电池，包括：

负极，所述负极为金属锂；

正极，所述正极包括正极集流体和涂布在正极集流体上的包括正极活性材料、正极导电剂、正极粘结剂的正极膜片；

隔膜，位于正极和负极之间；和

电解液；其中，所述电解液包括锂盐、有机溶剂和硝酸铜。

按上述方案，所述硝酸铜在电解液中的浓度为0.02～0.20mol/L。

按上述方案，所述正极活性材料为尖晶石型锰酸锂(LiMn₂O₄)、尖晶石型镍锰酸锂(LiNi_0.5Mn_1.5O₄)或层状镍钴锰酸锂(LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂)。

按上述方案，所述正极导电剂为导电碳黑，所述正极粘结剂为聚偏氟乙烯。

按上述方案，所述电解液中的锂盐为六氟磷酸锂(LiPF₆)、高氯酸锂或双三氟甲烷磺酰亚胺锂；所述电解液中的有机溶剂为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、聚碳酸酯(PC)、四乙二醇二甲醚(G4)、二氧戊环(DOL)和三乙二醇二甲醚(TEGDME)中的一种或几种；优选地，有机溶剂为1:1体积比的碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二乙酯(DEC)。