[发明专利]一种功能化碳点在锂电池电解液中的应用

说明书

本发明提供了功能化碳点在锂电池电解液中的应用，包括将功能化碳点作为添加剂与锂盐电解质和电解液溶剂混合制成电解液的步骤；其中，所述功能化碳点为N、S、P、F、B、Cl元素中一种掺杂或两种以上共掺杂的碳点，所述功能化碳点在所述电解液中的质量浓度为0.1～5.0mg/mL。本发明通过将掺杂了N、S、P、F、B、Cl元素中至少一种元素的多功能碳点作为添加剂应用于锂电池电解液中，当电池在充电过程中，功能化碳点先锚定于负极表面，在集流体表面沉积，均匀集流体表面结构，进而均匀电极‑电解液界面处电场，规范锂离子在负极表面的沉积行为，起到抑制不规则锂枝晶生长的作用，提高锂电池安全性和稳定性。

技术领域

本发明涉及功能化碳点应用领域，更具体地，涉及一种功能化碳点在锂电池电解液中的应用。

背景技术

作为一种新型零维碳材料，碳点凭借其优良理化性质在能源储存、荧光防伪以及生物成像等领域展现出了巨大的应用前景。目前碳点制备方法可分为“自下而上法”与“自上而下法”两大类。自下而上法是指通过化学、物理手段，对大尺寸的碳靶进行剥离或刻蚀进而形成碳点，具体手段有：激光消蚀法、电弧放电法、酸回流法等。自下而上法则是指碳点是由小分子前驱体在高温高压等条件下形成碳骨架结构进而形成碳点，具体手段有：水热法、模板法及微波法等。但是上述制备方法普遍存在着高能耗、低产量等缺陷，致使目前碳点的价格高昂，无法实现规模化应用。

另一方面，由于便携式电子设备、智能电网的广泛应用，社会对于高比量能可充电电池的需求日益增加。锂电池(例如锂离子电池、锂金属电池)因其无记忆效应、循环寿命长、体积比能量高等诸多优势而被广泛应用。然而由于锂金属的高反应性以及充电电流过大等原因，在充电过程中锂电池负极上不可避免地会生长出锂枝晶。过长的锂枝晶将刺穿隔膜，造成电池短路，进而导致严重的安全事故的发生。因而抑制枝晶的生长对于锂电池的稳定性与安全性具有重要意义。

因此，目前社会亟待开发一种性能优越、经济廉价的锂电池电解液。

发明内容

基于现有技术中存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供功能化碳点在锂电池电解液中的应用，包括将功能化碳点作为添加剂与锂盐电解质和电解液溶剂混合制成电解液的步骤，所制成的该电解液可有效抑制锂枝晶的生长，提高锂电池的安全性和稳定性。

为了实现上述目的，本发明的具体方案如下：

一种功能化碳点在锂电池电解液中的应用，包括将功能化碳点作为添加剂与锂盐电解质和电解液溶剂混合制成电解液的步骤；其中，所述功能化碳点为N、S、P、F、B、Cl元素中一种掺杂或两种以上共掺杂的碳点，所述功能化碳点在所述电解液中的质量浓度为0.1～5.0mg/mL。

在一些实施方式中，所述功能化碳点为N、S共掺杂的碳点。

在一些实施方式中，所述功能化碳点由以下方法制备而成：配制醛、酸催化剂、功能改性剂的均匀混合溶液，升温至60～300℃进行水热反应；反应完成后，冷却至室温，经超声分散、过滤、洗涤及干燥后，制得所述氮硫功能化碳点；其中，所述功能改性剂为氮源、硫源、硼源、磷源、氯源和氟源中的至少一种。

在一些实施方式中，所述醛和所述功能改性剂的比例为1mL：(0.01～3.0)g；所述醛和所述酸催化剂的比例为1mL：(0.5～30.0)g。

在一些实施方式中，所述醛为碳原子数小于或等于15的醛、二元醛和多元醛中的至少一种；所述酸催化剂包括一元酸、二元酸和三元酸中的至少一种。

在一些实施方式中，所述醛为乙醛、丙醛、丁醛、异丁醛、戊醛、异戊醛、己醛、异己醛、庚醛、辛醛、壬醛、癸醛、十一醛、月桂醛、十三醛、肉豆蔻醛、十五醛中的至少一种；

在一些实施方式中，所述酸催化剂为盐酸、硫酸、磷酸、硝酸、氢氟酸、氢溴酸、氢碘酸、高氯酸、高溴酸、草酸、硼酸、植酸、邻苯二甲酸、柠檬酸、酒石酸、月桂酸、水杨酸、抗坏血酸、油酸、甲酸、乙酸中的至少一种；