一种防止产生锂枝晶的可充金属锂二次电池制造技术

本发明专利技术公开了一种防止产生锂枝晶的可充金属锂二次电池，该电池体系由锂盐、非水溶剂和/或电解液添加剂构成，所述锂盐的摩尔与非水溶剂体积比值范围为：2mol/1L~10mol/1L。本发明专利技术通过选取合适体系并对体系中盐和溶剂配比进行调制，从而改变电解液锂离子溶剂化程度和粘度等物理化学性能以及在电化学过程中金属锂表面所产生的固体中间相膜的物理化学性能，进而有效地抑制负极金属锂表面由于电化学沉积不均匀所导致树枝状枝晶的生长，最终起到提高可充金属锂二次电池安全性能的目的。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种防止产生锂枝晶的可充金属锂二次电池，该电池体系由锂盐、非水溶剂和/或电解液添加剂构成，所述锂盐的摩尔与非水溶剂体积比值范围为：2mol/1L~10mol/1L。本专利技术通过选取合适体系并对体系中盐和溶剂配比进行调制，从而改变电解液锂离子溶剂化程度和粘度等物理化学性能以及在电化学过程中金属锂表面所产生的固体中间相膜的物理化学性能，进而有效地抑制负极金属锂表面由于电化学沉积不均匀所导致树枝状枝晶的生长，最终起到提高可充金属锂二次电池安全性能的目的。【专利说明】一种防止产生锂枝晶的可充金属锂二次电池
本专利技术属于电池
，特别是涉及一种防止产生锂枝晶的可充金属锂二次电池。
技术介绍
锂电池是指电化学体系中含有锂(包括金属锂、锂合金和锂离子、锂聚合物)的电池。锂电池大致可分为两类:锂金属电池和锂离子电池。锂金属电池通常负极采用金属态的锂。锂离子电池负极不含有金属态的锂，目前商用的主要是采用可以嵌入锂离子的石墨作为负极。与锂离子电池体系比较而言，可充金属锂电池由于采用了更高比容量和更低电位的金属锂作为负极，使其具有更高的工作电压和能量密度。但是其由于金属锂在充放电过程中存在较大安全隐患，因此一直没有得到商业应用。其主要原因是在电池充放电过程中由于锂的不均匀脱出和沉积，使得锂片表面存在局部择优生长现象，从而产生树枝状的金属锂枝晶。由于锂枝晶随着充放电次数的增加不断累积生长最终穿过隔膜到达正极，从而造成电池正负极内部短路，引起局部过热导致着火甚至爆炸，从而大大降低了金属锂电池作为二次电池的安全性。因此，基于安全性能考虑，可充锂二次电池目前还主要集中于锂离子电池体系，随着移动便携电子设备不断升级，交通工具清洁化需求，以及清洁能源面临的巨大储能问题等，目前锂离子电池体系已经很难满足未来的需求，发展下一代具有高电压、高功率和高能量密度的电化学储能体系，已经成为了目前研究热点。事实上，就目前所提出可以作为未来锂电池的体系如锂空气电池或锂硫电池，基本上都采用金属锂作为负极，因此如何解决金属锂作为负极所带来的安全问题，将是未来这些体系面临的共同难题和挑战。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种防止产生锂枝晶的可充金属锂二次电池，能够防止可充金属锂二次电池产生锂枝晶。本专利技术的一种防止产生锂枝晶的可充金属锂二次电池，该电池体系由锂盐、非水溶剂和/或电解液添加剂构成，所述锂盐的摩尔与非水溶剂体积比值范围为:2moI/IL?IOmoI/ILο优选地，所述锂盐为无机或有机锂盐，无机锂盐选自LiN03、LiCl、LiBr、Lil、Li2CO3' Li2SO4' LiCF3SO3 或 LiC4F9SO3 ;有机锂盐选自 LiN(CxF2x+1S02) (CyF2y+1S02)、LiBFz (CF3) 4_z、LiC(SO2CF3)3' LiPFa (CF3) 6_a、LiPFb (C2F5) 6_b、LiPFc (异-C3F7) 6_c 或(NaPFc (异-C3F7) 6_。)；其中，叉、7、2、&、13、。为自然数，z<4,a、b、c<6。优选地，所述非水溶剂为有机溶剂、离子液体或聚合物之一或两种以上的混合物。 优选地，所述电解液添加剂主要为碱金属族盐类，如钾盐，铷盐或铯盐的一种或多种混合物构成。优选地，所述有机溶剂包括:醚类有机溶剂、砜类有机溶剂、酯类有机溶剂、烷硅类有机溶剂以及腈类有机溶剂中的一种或一种以上。本专利技术针对目前可充金属锂电池由于负极金属锂所导致安全性问题，采用优化的电解液体系提高锂盐在整个电解液体系中的比重的方法抑制锂枝晶生长，从而使电池安全性能大大提高。随着锂盐比重的增加，一方面电解液中溶剂化的锂离子数量和配位数均发生改变，大大提高电解液和负极之间离子的交换速度，降低了交换过程非均匀性；此外，随着锂盐在整个电解液体系比重的增大，体系粘度不断增大，高粘度的体系在一定程度上也有助于抑制锂枝晶生长。于此同时，由于组分中盐和溶剂相对量发生巨大变化，在循环过程中碱金属表面形成的有机无机钝化膜SEI膜的构成结构和成分也随之改变，在一定程度上也有助稳定碱金属负极的稳定性。因此，本专利技术可以有效降低金属锂负极由于锂的脱出和沉积过程中所带来的表面结构破坏，大大降低了表面粗糙度和锂不均匀择优生长，从而提高了可充金属锂电池循环寿命和安全性。【专利附图】【附图说明】图1为实施例1中锂硫电池在IC倍率下的首周充放电曲线，横轴为比容量(mAh/g)，纵轴为电压(V)0图2为实施例30中磷酸铁锂/金属锂电池在0.5C倍率下的首周充放电曲线，横轴为比容量(mAh/g),纵轴为电压(V)。图3为实施例1中经过280周长循环后的金属锂片表面形貌的非原位扫描电镜图片。图4为对比实施例2中经过280周长循环后的金属锂片表面形貌的非原位扫描电镜图片。图5为对比实施例3中经过178周长循环后的金属锂片表面形貌的非原位扫描电镜图片。图6为对比实施例4中经过278周长循环后的金属锂片表面形貌的非原位扫描电镜图片。图7为对比实施例5中未经过长循环的新鲜金属锂片原始表面形貌的扫描电镜图片。【具体实施方式】本专利技术的一种防止产生锂枝晶的可充金属锂二次电池由锂盐、非水溶剂和/或电解液添加剂构成，锂盐的摩尔与非水溶剂体积比值范围为:2mOl/lL?10mOl/lL。上述锂盐为无机或有机锂盐，无机锂盐选自LiN03、LiCl、LiBr, Lil、LiCF3SO3或 LiC4F9SO3 ;有机锂盐选自 LiN(CxF2x+1S02) (CyF2y+1 SO2)、LiBFz (CF3) 4_z、LiC(SO2CF3)3'LiPFa(CF3) 6_a、LiPFb (C2F5) 6_b、LiPFc (异-C3F7) 6_c 或(NaPFc (异-C3F7) 6_c);其中，x、y、z、a、b、c 为自然数，z < 4, a、b、c <6。上述非水溶剂为有机溶剂、离子液体或聚合物之一或两种以上的混合物。上述电解液添加剂主要为碱金属族盐类，如钾盐，铷盐或铯盐的一种或多种混合物构成。上述有机溶剂包括:醚类有机溶剂、砜类有机溶剂、酯类有机溶剂、烷硅类有机溶齐IJ以及腈类有机溶剂中的一种或一种以上。上述醚类有机溶剂包括环状醚和链状醚两类；其中，环状醚包括四氢呋喃(THF)、2-甲基四氢呋喃(2-MeTHF)、l，3-二氧环戊烷(DOL)或4-甲基_1，3-二氧环戊烷(4-MeDOL);链状醚包括二甲氧基甲烷(DMM)、1，2-二甲氧基乙烷(DME)、1，2-二甲氧基丙烷(DMP)、二甘醇二甲醚(DG)缩二乙二醇二甲醚(DGDME)、缩三乙二醇二甲醚(TGDME)或缩四乙二醇二甲醚(TEGDME)。上述砜类有机溶剂包括二甲基亚砜(DMSO)、环丁砜(TMSO)、二甲基砜(MSM)。上述酯类包括硫酸酯类或羧酸酯类，其中硫酸酯类有机溶剂包括环状碳酸酯和链状碳酸酯；其中，环状碳酸酯包括碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸亚乙烯酯或碳酸亚丁酯；链状碳酸酯包括碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸甲基异丙基酯、碳酸乙丙酯、碳酸二丙酯、碳酸丁甲酯、碳酸异丁基甲基酯、碳酸仲丁基甲基酯或碳酸叔丁基甲酯；所述羧酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种防止产生锂枝晶的可充金属锂二次电池，该电池体系由锂盐、非水溶剂和/或电解液添加剂构成，所述锂盐的摩尔与非水溶剂体积比值范围为：2mol/1L~10mol/1L。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡勇胜，索鎏敏，李泓，陈立泉，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：