[发明专利]锂金属电池用电解液及包含其的锂金属电池

说明书

本发明公开了一种锂金属电池用电解液及包含其的锂金属电池。其中，铝酸锶作为锂金属电池电解液添加剂应用。应用本发明的技术方案，在电解液中添加少量铝酸锶，铝酸锶可在较低的电压下氧化，通过简单的预循环过程参与SEI膜的形成，少量铝酸锶的引入不会影响电池的正常充放电，经过一个简单的预循环即可原位改善SEI膜成分，实现稳定锂金属和电解液界面的形成，从而提高电池能量利用率和循环寿命；这不但能够抑制锂枝晶的生长，还能减少副反应的发生，提高电池的库伦效率至99％，延长循环寿命，循环300圈后放电容量仅下降为初始容量的93.5％。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体而言，涉及一种锂金属电池用电解液及包含其的锂金属电池。

背景技术

锂金属电池因具有较高的理论比容量3860mAh g^-1和最低的还原电势(-3.045V相对于标准氢电极)而成为了最有希望的下一代储能电极。最低的还原电势使以金属锂作为负极的电池具有更高的电压和理论密度，但是锂金属负极的研究还存在许多问题，制约金属锂二次电池发展的原因主要有以下几点：(1)锂金属负极与电解液发生副反应，电池中的锂被不可逆地消耗，降低了电池地库伦效率，电解液随循环圈数的增加被大量消耗，电池容量迅速衰减；(2)金属锂的不均匀沉积会导致负极锂枝晶的产生和生长，可能刺穿隔膜导致电池短路，造成电池热失控甚至爆炸；枝晶的断裂会造成不可逆“死锂”的产生，减少可利用的活性物质，增大电池内阻，降低循环效率和寿命。SEI膜(solid electrolyteinterphase)是有锂金属和电解液反应在金属锂表面形成了一层固态电解质层，SEI膜是一层具有锂离子传导性和电子绝缘性的钝化膜，锂金属在膜下沉积，阻止了电解液与锂金属的进一步反应。另外，SEI膜主要由一些无机盐组成，机械模量低，锂枝晶的生长会导致SEI膜的破碎，使得锂金属和电解液再次接触反应，反复的破裂和生成导致电池库伦效率的降低，SEI膜的增厚也增大了界面阻抗。因此为了使电池稳定循环，主要是抑制锂枝晶的生长和提高SEI膜的稳定性。

电解液作为组成电池的核心部分，其性质严重影响着电池的循环性能，电解液添加剂因不需要大幅度更改电极和电池制造工艺，在经济上可行性高，被学者广泛研究，以期待寻找最佳的电解液组成。电解液添加剂主要分为以下两种：(1)成膜添加剂。大部分的成膜添加剂可以通过与金属锂反应生成稳定的SEI膜，并通过这层SEI膜来稳定锂负极。这类添加剂一般具有更低的LUMO轨道(未占有电子的能级最低的轨道)，其优先与锂反应生成SEI膜，进而保护电解液其他成分的稳定性；(2)沉积添加剂。此类添加剂不会与电解液和金属锂反应，而是通过调控锂离子的沉积行为来抑制枝晶，得到更加均匀的锂沉积。

综上所述，从电解液添加剂着手有很多抑制锂枝晶的思路被提出，但是却无法完全解决直接问题，基于锂金属负极的电池只存在于实验室阶段。如能找到一种物质添加到电解液中原位调控SEI膜成分，改善SEI膜稳定性，将有效提升锂金属负极使用过程中抑制锂枝晶生长的能力，对提高锂金属电池的安全性能有重要意义。

发明内容

本发明旨在提供一种锂金属电池用电解液及包含其的锂金属电池，以解决现有技术中金属锂电池循环性能差的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种铝酸锶作为锂金属电池用电解液添加剂的应用。

进一步的，铝酸锶在锂金属电池用电解液中的质量分数为0.5％～2％。

进一步的，电解液以六氟磷酸锂为溶质，碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯混合溶液为溶剂。

进一步的，碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯混合溶液中，碳酸乙烯酯与碳酸二乙酯的体积比为1:1。