【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于液态锂/钠金属电池电解液领域，具体涉及一种锂/钠金属电解液及其制备方法。
技术介绍
1、随着世界各国对优化能源结构需求的不断增大，清洁能源代替化学能源成为主要发展研究对象。而对清洁能源的发展有着重要意义的高容量可充电电池一直是全世界关注的热点，锂/钠离子电池由于其高能量密度，长循环寿命，已经广泛应用到生产生活中。
2、然而，以锂离子电池为例，伴随着锂离子电池能量密度已达到瓶颈，新一代的锂金属电池研究已经进行的如火如荼。金属锂由于其超高的理论比容量(3600wh kg-1)以及低的电位(-3.0454v vs.nhe)，被认为是发展下一代锂电池理想的负极材料。但是，锂金属负极在电池循环过程中，表面容易形成锂枝晶。枝晶可导致电池内部短路发生热失控，继而演变为严重的安全问题。钠离子电池的情况也是如此。
3、因此，如何抑制锂/钠金属电池负极表面枝晶生长，防止金属电池出现安全事故成为了亟需解决的问题。
4、公告号为cn114914544b的专利文献公开了一种钠金属电池电解液，包括钠盐、非水有机溶剂和添加剂，所述添加剂为苯、氟苯、全氟苯中的一种或几种的混合物，添加剂的重量百分比含量为0.5-2.0wt％。钠盐的浓度为1m。非水有机溶剂为碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯的混合物，碳酸乙烯酯:碳酸丙烯酯的体积比为1:1。
5、公开号为cn115939510a的专利文献公开了一种电解液及锂金属电池，所述电解液包括锂盐、有机溶剂和双氟代碳酸乙烯酯，所述锂盐溶解于所述有机溶剂，不溶于所述双氟代碳酸乙
6、上述研究中的电解液虽然可以从某种程度上解决现有的锂/钠电池循环寿命短、稳定性差的问题，但其对锂/钠枝晶的抑制作用有限。
7、大量研究表明，枝晶更容易在粗糙表面生长，获得高度光滑的表面可以最大限度减少枝晶的不良成核位点。例如向电解液中添加适量的特定无机锂/钠盐就可以促进锂/钠离子的均匀沉积，获得更光滑的锂/钠表面，然而这样的沉积随着充放电循环的进行并不能维持长久。
8、因此，寻找一种简单的方法，制备出能使金属负极充放电循环中保持高度光滑的表面状态，抑制枝晶生长的电解液至关重要。
技术实现思路
1、为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种锂/钠金属电池电解液的制备方法，该方法通过向电解液中添加碱金属硝酸盐和一价碱金属卤化物，使得电解液中锂/钠金属负极在电池的充放电循环中保持高度光滑的表面状态，进而抑制锂/钠枝晶生长，使得电池充放电比容量和库伦效率高，循环性能优异，该方法工艺简单，制备成本低，适合规模化推广。
2、一种锂/钠金属电池电解液的制备方法，包括以下步骤：
3、(1)将碱金属硝酸盐溶于有机溶剂中，得到溶液a；将有机锂/钠盐溶于脂类溶剂中，得到溶液b；将溶液a和溶液b混合，得到混合溶液；
4、(2)将一价碱金属卤化物加入步骤(1)得到的混合溶液中，得到所述的锂/钠金属电池电解液。
5、本专利技术通过向电解液中添加碱金属硝酸盐和一价碱金属卤化物，其中碱金属硝酸盐可以通过电化学反应在粗糙的金属负极表面形成厚薄不均的保护性的sei层，这种sei层具有十分优秀的机械性能，不仅不易破碎，还能够使金属离子可以尽可能的均匀分散沉积，但碱金属硝酸盐的添加并没有改善离子沿缺陷沉积的情况，离子仍然会沿缺陷沉积形成枝晶，渐渐地造成sei层的破碎，导致电解液的过度消耗和枝晶更加集中的生长，最终发生电池的断路和短路。为避免上述情况的发生，本专利技术选择一价碱金属卤化物作为添加剂，利用放电的过程中的尖端放电使枝晶电场增强的原理，吸引卤素离子与枝晶反应，达到消减枝晶与抑制枝晶生长的目的。由于碱金属硝酸盐生成的sei层具有很好的保护效果，所以只有枝晶顶出的部位才会发生反应，等枝晶反应掉，新的sei层长成后，就会获得光滑的金属负极平面，从而使得负极在充放循环中保持高度光滑的表面状态。
6、本专利技术的一价无机碱金属卤化物相比于现有的有机氟化物添加剂形成的sei层的机械强度更高，更轻薄，不易破碎，能够更好的抑制锂/钠金属负极的膨胀与枝晶的生长。
7、优选地，步骤(1)中，所述的碱金属硝酸盐包括硝酸锂、硝酸钠或硝酸钾中的至少一种。优选硝酸锂或硝酸钠。
8、优选地，步骤(1)中，所述的有机溶剂包括乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、二甲基砜、二甲基亚砜、二乙基砜、二苯基砜、环丁砜、双酚s或苄苯亚砜中的至少一种。
9、优选地，步骤(1)中，所述的溶液a的浓度为2.0～2.4mol/l。此处，加入碱金属硝酸盐可有助于在负极表面形成机械性能良好的保护性的sei层。
10、优选地，步骤(1)中，所述的脂类溶剂为碳酸乙烯酯与碳酸二乙酯或碳酸二甲酯的混合溶剂。
11、优选地，步骤(1)中，所述的碳酸乙烯酯与碳酸二乙酯或碳酸二甲酯的体积比为1～1.25:1。本专利技术的碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯和碳酸二甲酯的纯度优选在90％以上。
12、优选地，步骤(1)中，所述的溶液a和溶液b的体积比为1～1.3:3。
13、优选地，步骤(1)中，所述的有机锂/钠盐包括六氟磷酸锂/钠盐、三氟甲磺酸锂/钠盐，双(氟磺酰)亚胺锂/钠盐或双(三氟磺酰)亚胺锂/钠盐中的一种。
14、优选地，所述的有机锂/钠盐在锂/钠金属电池电解液中的浓度为0.7～1.1mol/l。
15、优选地，步骤(2)中，所述的一价碱金属卤化物包括一价碱金属的氯化物、溴化物或碘化物，其中所述的一价碱金属包括锂、钠、钾或铯中的至少一种。
16、优选地，所述的锂/钠金属电池电解液中卤原子的浓度为0.025～0.1mol/l。高于此浓度范围，锂金属电池无法正常工作，低于此浓度范围，卤素离子抑制枝晶生长的效果太弱。
17、更优选地，所述的一价碱金属卤化物为溴化锂/钠和/或碘化锂/钠。
18、优选地，当所述的一价碱金属卤化物为溴化锂/钠时，锂/钠金属电池电解液中溴离子的浓度不超过0.055mol/l。当所述的一价碱金属卤化物为碘化锂/钠时，锂/钠金属电池电解液中碘离子浓度不超过0.01mol/l。当所述的一价碱金属卤化物为溴化锂/钠和碘化锂/钠的混合物时，锂/钠金属电池电解液中卤离子的浓度不超过0.08mol/l。高于此浓度范围，锂金属电池无法正常工作，低于此浓度范围，卤素离子抑制枝晶生长的效果太弱。
19、优选地，所述的锂/钠金属电池电解液中卤离子与硝酸根离子的摩比为1:5～30。此比例范围综合考虑了碱金属硝酸盐对于负极的保护能力与卤本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种锂/钠金属电池电解液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的碱金属硝酸盐包括硝酸锂、硝酸钠或硝酸钾中的至少一种；所述的有机溶剂包括乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、二甲基砜、二甲基亚砜、二乙基砜、二苯基砜、环丁砜、双酚s或苄苯亚砜中的至少一种；所述的溶液A的浓度为2.0～2.4mol/L。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的脂类溶剂为碳酸乙烯酯与碳酸二乙酯或碳酸二甲酯的混合溶剂，所述的碳酸乙烯酯与碳酸二乙酯或碳酸二甲酯的体积比为1～1.25:1。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的溶液A和溶液B的体积比为1～1.3:3。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的有机锂/钠盐包括六氟磷酸锂/钠盐、三氟甲磺酸锂/钠盐，双(氟磺酰)亚胺锂/钠盐或双(三氟磺酰)亚胺锂/钠盐中的一种；所述的有机锂/钠盐在锂/钠金属电池电解液中的浓度为0.7～1.1mol/L。
6.
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述的锂/钠金属电池电解液中的卤原子的浓度为0.025～0.1mol/L。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述的一价碱金属卤化物为溴化锂/钠和/或碘化锂/钠；或者当所述的一价碱金属卤化物为溴化锂/钠时，锂/钠金属电池电解液中溴离子的浓度不超过0.055mol/L；或者当所述的一价碱金属卤化物为碘化锂/钠时，锂/钠金属电池电解液中碘离子浓度不超过0.1mol/L；或者当所述的一价碱金属卤化物为溴化锂/钠和碘化锂/钠的混合物时，锂/钠金属电池电解液中卤离子的浓度不超过0.08mol/L。
9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于,所述的锂/钠金属电池电解液中卤离子与硝酸根离子的摩尔比为1:8～30。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的制备方法制备得到的锂/钠金属电池电解液。
...【技术特征摘要】
1.一种锂/钠金属电池电解液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的碱金属硝酸盐包括硝酸锂、硝酸钠或硝酸钾中的至少一种；所述的有机溶剂包括乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、二甲基砜、二甲基亚砜、二乙基砜、二苯基砜、环丁砜、双酚s或苄苯亚砜中的至少一种；所述的溶液a的浓度为2.0～2.4mol/l。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的脂类溶剂为碳酸乙烯酯与碳酸二乙酯或碳酸二甲酯的混合溶剂，所述的碳酸乙烯酯与碳酸二乙酯或碳酸二甲酯的体积比为1～1.25:1。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的溶液a和溶液b的体积比为1～1.3:3。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的有机锂/钠盐包括六氟磷酸锂/钠盐、三氟甲磺酸锂/钠盐，双(氟磺酰)亚胺锂/钠盐或双(三氟磺酰)亚胺锂/钠盐中的一种；所述的有机锂/钠盐在锂/钠金属电池电解液中的浓度为0.7～1.1mol/l。
【专利技术属性】
技术研发人员：吴敬华，徐源谦，姚霞银，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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