一种电解液及其制备方法和二次锂金属电池技术

本发明专利技术属于二次锂金属电池技术领域，尤其涉及一种电解液及其制备方法和二次锂金属电池。本发明专利技术提供了一种适用于二次锂金属电池的电解液，所述电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂；所述锂盐溶解于所述有机溶剂中，所述添加剂选自高氯酸锂、次氯酸、亚氯酸和氯酸中的一种或多种。本发明专利技术电解液中的添加剂在二次锂金属电池循环初期能够与电解液反应在锂金属负极表面非原位地形成一层稳定、均匀、导电的含有无机盐LiCl的固态电解质界面层，可以在充放电过程中抑制锂枝晶生长，有效地提高了金属锂二次电池的安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种电解液及其制备方法和二次锂金属电池
本专利技术属于二次锂金属电池
，尤其涉及一种电解液及其制备方法和二次锂金属电池。
技术介绍
由于储能设备实际应用的需求日益增大，传统锂离子电池已不能满足实际需求，锂金属由于具有超高的理论比容量(3860mAh/g)、较低的氧化还原电位(-3.04V，相对于标准氢电极)以及最低的质量密度(0.534g/cm3)被视为理想的负极材料。然而，高活性的锂金属能与大部分的水性电解液和非水电解液中的盐发生反应，过多的消耗电解液和锂金属，进而使得在充放电循环过程中的库伦效率不够高。同时，充放电循环过程中锂金属反复的电镀/剥离，容易形成金属锂枝晶，金属锂枝晶可能会刺穿隔膜，将正极与负极连接起来，使得电池产生内短路，造成热失控，进而引起一系列的安全问题。因此，想要有效推进锂金属电池的实际应用，必须寻找到有效地抑制金属锂枝晶生长的方法。为解决金属锂枝晶生长问题，国内外研究人员已经做出了很多工作。例如，Shen等将多孔碳纳米管直接生长在铜箔上，与传统铜箔上任意的锂成核，高浓度的锂离子集中在锂粒子的尖端，加速锂枝晶的生长，最终形成致命的锂枝晶，不同的是，由于碳纳米管的高比表面积和一维特性，沉积的锂金属倾向于在CNTs表面均匀成核，有效地抑制枝晶形成(Directgrowthof3DhostonCufoilforstablelithiummetalanode,EnergyStorageMaterials.2018,13,323-328)。GuoYu-Guo团队通过构造具有高电活性表面的亚微米骨架三维集流体，实现锂在亚微米铜骨架上充分填充集流体孔隙，进而均匀沉积，有效地抑制了锂枝晶(Accommodatinglithiuminto3Dcurrentcollectorswithasubmicronskeletontowardslong-lifelithiummetalanodes,Nat.Commun.2015,6,8058)。另外，TaoXin-Yong团队用氧化锌量子点装饰的竹子衍生的三维分级多孔碳作为无枝晶锂金属阳极的亲锂支架。这种碳支架在循环过程中对严重的体积变化稳定、可以有效降低局部电流密度，碳的亲锂ZnO量子点可以用来诱导锂沉积，从而，实现可接受的体积膨胀，大幅降低过电位，有效地抑制了枝晶的生长(3Dlithiummetalembeddedwithinlithiophilicporousmatrixforstablelithiummetalbatteries,NanoEnergy.2017,37,177-186)。以上所述的研究成果可为锂负极的枝晶生长问题提供创新的见解，然而其操作过程繁琐，不利于产业化。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种电解液及其制备方法和二次锂金属电池，用于解决锂金属电池会出现金属锂枝晶生长、现有方法过程较为繁琐的问题。本专利技术的具体技术方案如下：一种适用于二次锂金属电池的电解液，所述电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂；所述锂盐溶解于所述有机溶剂中，所述添加剂选自高氯酸锂(LiClO4)、次氯酸(HClO)、亚氯酸(HClO2)和氯酸(HClO3)中的一种或多种。本专利技术电解液能够在锂金属负极表面形成一层稳定的含有无机盐的固态电解质界面层，可以在充放电过程中抑制锂枝晶生长，有效地提高了金属锂二次电池的安全性。优选的，所述添加剂在电解液中的质量百分含量为0.1％～10％，更优选为1％～10％。优选的，所述有机溶剂选自碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(MEC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸二乙酯(DEC)、1,3-二氧戊环(DOL)、乙二醇二甲醚(DME)和二乙二醇二甲醚(DEDM)中的一种或多种。优选的，所述锂盐选自四氟硼酸锂(LiBF4)、六氟砷酸锂(LiAsO6)、六氟磷酸锂(LiPF6)、双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)、三氟甲磺酸锂(LiCF3SO3)和六氟铝酸锂(Li3AlF6)中的一种或多种。优选的，所述锂盐在所述电解液中的浓度为0.1M～5M，更优选为1M～5M。本专利技术还提供了上述技术方案所述电解液的制备方法，包括以下步骤：在惰性气体和/或氮气气氛保护下，优选在氩气保护下，将锂盐溶解于有机溶剂中得到锂盐溶液，再在所述锂盐溶液中加入添加剂，优选充分搅拌均匀，得到所述电解液。本专利技术在制备电解液时，不需要采用昂贵的添加剂以及复杂的制备装置，成本低。本专利技术还提供了一种二次锂金属电池，包括上述技术方案所述电解液。二次锂金属电池还包括正极、弹片、垫片、隔膜和负极。优选的，所述二次锂金属电池的负极材料为锂金属。优选的，所述二次锂金属电池的正极材料选自LiFePO4、LiV3(PO4)3、LixCoO2、LiyMnO2、mLiMnO2·(1-m)LiAO2、LiNibCoaMn1-aO2、LiNi0.5Mn1.5O4、Li2TiO3、FeF3·jH2O、S、Se、Li、Cu、金属氧化物和金属硫化物中一种或多种，其中0.4≤x≤1，0.4≤y≤1，0<m<1，A选自Ni、Co、Mn、Al和Fe中的一种，0.5≤b≤1，0≤a≤0.2，0≤j≤0.5。优选的，所述二次锂金属电池的隔膜选自GF(玻璃纤维)隔膜、PE(聚乙烯)隔膜、PP(聚丙烯)隔膜、PP/PE隔膜或PP/PE/PP隔膜。综上所述，本专利技术提供了一种适用于二次锂金属电池的电解液，所述电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂；所述锂盐溶解于所述有机溶剂中，所述添加剂选自高氯酸锂、次氯酸、亚氯酸和氯酸中的一种或多种。本专利技术电解液中的添加剂在二次锂金属电池循环初期能够与电解液反应在锂金属负极表面非原位地形成一层稳定、均匀、导电的含有无机盐LiCl的固态电解质界面层，可以在充放电过程中抑制锂枝晶生长，有效地提高了金属锂二次电池的安全性。锂金属电池采用本专利技术电解液，不需要额外添加机械阻隔层或三维结构材料，应用简单，并与现行工业生产技术接近，易于大规模生产，适用于金属锂二次电池。本专利技术电解液能够抑制金属锂枝晶生长，在极大程度上实现了对金属锂负极的“腐蚀”的抑制，锂/电解液界面没有形成“线状”和“树枝状”金属锂枝晶。在二次锂金属电池的循环过程中，本专利技术电解液可以在金属锂负极表面形成一层稳定的含有无机盐的固态电解质层，可以在往复沉积过程中抑制枝晶生长，极大地增加了二次锂金属电池的安全性。本专利技术电解液中无需添加昂贵的电解液盐来增加锂离子浓度，无需在特定电流密度下充放电，无需添加复杂的化合物或溶剂稳定负极。采用本专利技术电解液时，无需额外添加机械阻隔层或三维结构电极，应用简单，并与现行工业生产技术接近，易于大规模生产，适用于二次锂金属电池，能够解决现有二次锂金属电池负极在充放电循环过程中，由于枝晶的生长而引起的循环性能不佳、库伦效率较低、安全性差等问题。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于二次锂金属电池的电解液，其特征在于，所述电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂；/n所述锂盐溶解于所述有机溶剂中，所述添加剂选自高氯酸锂、次氯酸、亚氯酸和氯酸中的一种或多种。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于二次锂金属电池的电解液，其特征在于，所述电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂；
所述锂盐溶解于所述有机溶剂中，所述添加剂选自高氯酸锂、次氯酸、亚氯酸和氯酸中的一种或多种。


2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述添加剂在电解液中的质量百分含量为0.1％～10％。


3.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述有机溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸二乙酯、1,3-二氧戊环、乙二醇二甲醚和二乙二醇二甲醚中的一种或多种。


4.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述锂盐选自四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、六氟磷酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、三氟甲磺酸锂和六氟铝酸锂中的一种或多种。


5.根据权利要求4所述的电解液，其特征在于，所述锂盐在所述电解液中的浓度为0.1M～5M。


6.权利要求1至5任意一项所述电解液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在惰性气体和/或氮气气氛保护下，将锂盐溶解...

【专利技术属性】
技术研发人员：党岱，付祥祥，吴传德，曾燃杰，安璐，陈超，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44