本发明专利技术公开了一种具有双重抑制锂枝晶形成的添加剂及其应用，以及含有此类添加剂的电解液、电池及其制备方法。所述添加剂为一种典型的非离子表面活性剂，添加剂在电解质中的质量分数为0.05％～5％。本发明专利技术通过在电解质中添加一种有机添加剂的简单办法，从两个方面抑制了锂枝晶在电极表面的形成：1)通过降低电解液表面张力来改善电解液与隔膜的浸润性，增加锂离子在隔膜中的传输通道，从而使锂离子流在电极表面均匀分布最终达到抑制锂枝晶形成的目的；2)添加剂通过在电极表面吸附进一步改善锂离子在电极表面的沉积位点，从而抑制锂枝晶形成。通过在电解液中添加本添加剂将会极大提高锂二次电池的安全性和循环性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电池
，特别涉及一种具有双重锂枝晶抑制作用的锂二次电池电解液有机添加剂及其在制备电解液中的应用。
技术介绍
能源危机和环境污染是当前社会面临的两大难题。由于化石能源的不可再生性，人们不得不把目光投向一些新型的可再生能源，如风能，潮汐能，生物质能等。但是，由于这些新型能源的不稳地性与间歇性，想要提高其利用率必须采用一种能量密度高，安全稳定性好的储能装置先将这些能源储存起来然后再平稳的释放出来。城市环境污染问题日益突出，其中一大部分来自燃油汽车尾气排放，电动汽车的出现为解决汽车尾气的排放提供了解决方案。但是动力电池却又是阻碍电动汽车广泛应用的一大瓶颈。当前，广泛应用于便携式电子产品中的锂离子电池被认为是储能和动力电源的优先选择。但是其能量密度还不能完全满足储能和电动汽车的需求。新一代具有高能量密度的新型储能装置迫切需要被开发出来。锂金属由于具有比容量大(3860mAh/g)，氧化还原电位低(-3.04V vs SHE)等一系列优点一直被视为一种理想的电池负极材料。如果将现有锂离子电池体系中的石墨负极用锂金属负极替代，那么整个电池的能量密度将会得到很大的提升。除此之外，锂金属作为负极材料更是被给予厚望应用于新一代高能量密度电池中去，如Li-S,Li-O2等。但是，锂金属作为负极在循环过程中容易产生枝晶，引起安全隐患。所以尽管具有一系列优点，锂金属负极的商业化之路走得异常缓慢。与石墨电极嵌入脱出的工作原理不同，锂离子在锂金属表面是一个单纯的氧化还原过程。由于锂离子在循环中不均匀的脱出和沉积，使得锂片表面存在一种择优生长现象，从而产生树枝状的金属锂枝晶。由于在循环过程中锂枝晶的不断生长，其极有可能刺穿隔膜到达正极造成电池内部正负极短路，引起局部过热导致火灾甚至爆炸，从而使基于锂金属负极的电池具有很大的安全隐患。所以，解决锂金属负极循环过程中的枝晶问题成为当前电池研究领域的一大挑战。此外，以石墨为负极的锂离子电池在低温或快充情况下，在石墨负极表面也容易出现锂枝晶。因而，抑制锂枝晶的形成与生长是锂二次电池应用与发展过程中亟待解决的课题。当前，抑制锂枝晶的方法很多，如专利CN1508893A中提出采用溅射的方法在锂表面形成一层Li3PO4，然后通N2在锂表面形成LIPON保护层，通过机械抑制的办法抑制锂枝晶的形成。另外开发新型锂二次电池电解质体系也是抑制锂枝晶的一大方向，如专利CN103531839A中提出一种新型的高浓度锂盐电解质体系来缓解电解质与锂金属之间的反应并抑制锂枝晶。除此之外，专利CN103384000A巧妙设计了一种3D的集流体的办法来提高锂二次电池性能，通过将锂金属注入一种具有3D结构的骨架中制成电极，这种电极将会大大减少电极的局部电流密度从而达到抑制枝晶的效果。综上，可以发现，虽然这些方法都能在一定程度上改善锂离子在电极表面沉积形貌，但是由于操作过程繁琐，并不适合大规模商业生产。相比之下采用在电解液中添加添加剂办法来改善或解决锂枝晶问题则是一种便捷有效地方式。可是当前绝大部分添加剂都是通过参与形成SEI膜来改善或者抑制枝晶的形成，这类添加剂往往会随着循环次数的增加而渐渐失效。并且，这类添加剂往往作用单一并不能很好的解决枝晶问题。这里，我们提出一种新型的具有双重锂枝晶抑制作用的锂二次电池电解液添加剂，其作用原理是通过改善锂离子流在电极表面的分布和改善锂离子在电极表面的沉积位点的双重作用来抑制锂枝晶在电极表面的形成,有效地解决了当前技术存在的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有双重锂枝晶抑制作用的添加剂及其应用，以解决锂电池中锂枝晶形成和成长的问题，本专利技术可有效防止锂离子在电极表面沉积产生枝晶，从而极大提高锂二次电池安全性。本专利技术提供了一种具有双重锂枝晶抑制作用的电解液的添加剂，添加剂的化学通式为ABA或者AB，其中，A为亲水官能团，选自聚氧化乙烯HO-(CH2-CH2-O)n-H或多元醇CnH2n+2-x(OH)x中的一种，其中x≥3；B为憎水性官能团，选自聚氧化丙烯HO-(CH(CH3)-CH2-O)n-H、烷基酚CnH2n-1C6H5、直链烃基或支链烃基中的一种。进一步的，为了更好的抑制锂枝晶的形成与成长，添加剂为：HO-CH2-CH2-(O-CH2-CH2)98-(O-CH(CH3)-CH2)67-(O-CH2-CH2)98-CH2-CH2-OH、HO-CH2-CH2-(O-CH2-CH2)33-(O-CH(CH3)-CH2)35-(O-CH2-CH2)33-CH2-CH2-OH、C6H11C6H4-(O-CH2-CH2)20-CH2-CH2-OH、C6H11C6H4-C9H13(OH)4、C30H61-C9H13(OH)4、C15H29C6H4-C9H13(OH)4、C7H13C6H4-(O-CH2-CH2)45-CH2-CH2-OH、HO-CH2-CH2-(O-CH2-CH2)13-(O-CH(CH3)-CH2)45-(O-CH2-CH2)13-CH2-CH2-OH，C10H21-O-(CH2-CH2-O)13-CH2-CH2-OH或C15H29-C6H4-O-C4H9中的一种。进一步的，将这种添加剂加入到电解液中可制备具有双重锂枝晶抑制作用的电解液，这种添加剂可应用在电解液的制备中。在电解液中加入含有上述通式中的任一添加剂后起到了以下作用，第一：能够有效降低电解液的表面张力，电解液表面张力的降低一个直接的结果就是与隔膜的浸润性变好，与隔膜的良好浸润性使电解液能够最大限度的渗透到隔膜里面去，从而为锂离子的传输提供更多的通道，正是由于隔膜中锂离子传输通道的增加使得锂离子流在电极表面的分布更加均匀，有效避免了锂离子在电极表面的局部富集，大大降低了锂枝晶产生的风险；第二，由于表面活性剂具有较强的吸附作用使得其能够通过吸附附着在电极表面，由于电极表面凹凸不平，往往是凸出来的部位吸附表面活性剂较少，而凹下去的地方吸附得较多，这种选择性的吸附能够有效地改善锂离子在电极表面的沉积位点，起到整平电极表面的作用，因为表面活性剂吸附得多的地方锂离子在此还原时需要越过的能垒越大，从而抑制锂枝晶产生。通过采用本电解液能有效改善锂离子在电极表面的沉积形貌，延长电池的循环寿命，降低锂电池的安全风险。进一步的，可将上述的添加剂加入到电解液中进行双重抑制锂枝晶的形成与成长。进一步的，具有双重锂枝晶抑制作用的电解液的制备方法，包括以下制备步骤:1)称取锂盐并溶解于有机溶剂中，配制浓度为1mol/L的溶液，室温下静置三天，备用；2)将添加剂溶解于步骤1)中得到的溶液中，即得到电解液，电解液中添加剂的质量分数为0.05％～5％。进一步的，电解液中的锂盐可以是无机锂盐或有机锂盐中的一种。无机锂盐为LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiNO3、LiI、LiCl、LiBr、LiCF3SO3或LiC4F9SO3中的一种；有机锂盐为LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)、LiC(SO2CF3)3、LiPFa(CF3)6-a或LiPFb(C2F5)6-b中的一种，其中x,y,a,b为自然数，a,b≤6；进一步的，电解液中所选用的有机溶剂可以是本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有双重锂枝晶抑制作用的电解液的添加剂，其特征在于，所述添加剂的化学通式为ABA或者AB，其中，A为亲水官能团，选自聚氧化乙烯HO‑(CH2‑CH2‑O)n‑H或多元醇CnH2n+2‑x(OH)x中的一种，其中x≥3；B为憎水性官能团，选自聚氧化丙烯、烷基酚、直链烃基或支链烃基中的一种。
【技术特征摘要】
1.一种具有双重锂枝晶抑制作用的电解液的添加剂，其特征在于，所述添加剂的化学通式为ABA或者AB，其中，A为亲水官能团，选自聚氧化乙烯HO-(CH2-CH2-O)n-H或多元醇CnH2n+2-x(OH)x中的一种，其中x≥3；B为憎水性官能团，选自聚氧化丙烯、烷基酚、直链烃基或支链烃基中的一种。2.如权利要求1所述的一种具有双重锂枝晶抑制作用的电解液的添加剂在制备电解液中的应用。3.一种具有双重锂枝晶抑制作用的电解液，其特征在于，包括如权利要求1所述的一种具有双重锂枝晶抑制作用的电解液的添加剂。4.一种如权利要求3所述的具有双重锂枝晶抑制作用的电解液的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤:1)称取锂盐并溶解于有机溶剂中，配制浓度为1mol/L的溶液，室温下静置三天，备用；2)将所述添加剂溶解于步骤1)中得到的溶液中，即得到电解液，所述电解液中添加剂的质量分数为0.05％～5％。5.如权利要求4所述的一种具有双重锂枝晶抑制作用的电解液的制备方法，其特征在于，所述锂盐为无机锂盐或有机锂盐中的一种。6.如权利要求5所述的一种具有双重锂枝晶抑制作用的电解液的制备方法，其特征在于，所述无机锂盐为LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiNO3、LiI、LiCl、LiBr、LiCF3SO3或LiC4F9SO3中的一种；所述有机锂盐为LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)、LiC(SO2CF3)3、LiPFa(CF3)6-a或LiPF...
【专利技术属性】
技术研发人员：项宏发，谢勇，梁栋栋，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34
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