[发明专利]一种可在锂表面成膜的水体系锂电池电解液

说明书

技术领域

本发明属于水体系锂电池技术领域，特别是涉及一种可在锂表面成膜的水体系锂电池电解液。

背景技术

金属锂电池具有极高的比能量和比容量，长期来一直是新能源研究的重点。锂电池所采用的电解液体系主要是非水电解液体系，即将有机或无机锂盐溶于一些有机溶剂中形成电解液，采用非水电解液体系的锂电池已经有多种商品化产品，已经在很多领域得到广泛应用。但是非水体系往往存在以下一些问题：由于有机体系电解液的离子导电性不良而导致电池的高功率性能较差；有机体系受温度影响明显而导致电池的高低温性能不好；有机体系电解液的制备要求严格，成本较高；有机体系电解液环境友好性不理想，往往含有有毒成分等。

而水性体系的锂电池的电解液采用了水溶液体系，水溶液体系的电解液具有较高的电导率适合高功率放电；耐高低温性能良好；成本低廉，环境友好等优点。同时，采用水溶液体系还可以制成以水为反应物的的锂水电池，在航海等领域中水的重量可以不计，所以该类电池具有极高的比能量和比容量，在航海应用中具有非常大的吸引力和广阔前景，但因为金属锂会和水之间发生剧烈腐蚀反应，容易发生燃烧或爆炸而造成危险。

目前，公开的抑制金属锂在水溶液中的腐蚀反应是在金属锂表面提前形成一层性能良好的锂离子导通的保护膜，有了这层保护膜金属锂既可以在水溶液体系中放电工作，又能够避免和水之间的电子传递，防止了腐蚀反应的发生。但随着金属锂放电过程的进行，上述的这层膜会不可避免的发生破裂，保护膜的作用失效，露出膜层下面的金属锂和水溶液发生剧烈的腐蚀反应，同样容易发生燃烧或爆炸的危险。

发明内容

本发明为解决现有技术中存在的问题，提供了一种防止锂电池燃烧和爆炸的一种可在锂表面成膜的水体系锂电池电解液。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采用的技术方案是：

可在锂表面成膜的水体系锂电池电解液，包括碱、水和添加剂，其特点是：所述添加剂为含有(-CH₂-O-CH₂-)基团的有机物及其衍生的有机盐。

本发明还可以采用如下技术措施来实现：

可在锂表面成膜的水体系锂电池电解液，其特点是：所述添加剂基本结构式为R₁(-CH₂-O-CH₂-)R₂，其中R₁和R₂为有机基团，R₁和R₂中碳原子个数均在1-20内，R₁和R₂中也可以包含O、P、N、S、F元素。

可在锂表面成膜的水体系锂电池电解液，其特点是：所述R₁和R₂可以包含一个或多个(-CH₂-O-CH₂-)基团，R₁和R₂中也可以包含K、Na、Li元素。

可在锂表面成膜的水体系锂电池电解液，其特点是：所述碱的浓度为1.5M～15M摩尔每升，所述添加剂的含量为0.1～100克/升，电解液配制过程中可以适当加热以加快混浊或沉淀的溶解。

可在锂表面成膜的水体系锂电池电解液，其特点是：所述碱的浓度为7～12摩尔每升，所述添加剂的含量为0.5～10克/升。

可在锂表面成膜的水体系锂电池电解液，其特点是：所述碱为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂中一种或多种混合物。

可在锂表面成膜的水体系锂电池电解液，其特点是：所述添加剂为二乙二醇或三乙醇胺。

本发明具有的优点和积极效果是：由于在水体系锂电池电解液中添加了一种添加剂，该添加剂可以和金属锂发生界面反应，在表面膜破裂处的金属锂上迅速成膜，显著抑制金属锂和水的反应、降低锂水副反应速度，减少由于金属锂表面膜破裂而引起的腐蚀放出氢气和反应热，提高锂电极的使用效率和电池安全性。

附图说明

图1为水体系锂电池锂表面保护膜破裂露出金属锂示意图；

图2本发明可在锂表面成膜的水体系锂电池电解液，抑制锂腐蚀示意图；

图3是没有能在锂表面成膜的水体系锂电池电解液，金属锂和水剧烈反应放出大量氢气和热量示意图；

图4是实施例1中锂电极循环伏安测试最大放电电流图；

图5是实施例2中锂电极循环伏安测试最大放电电流图。

图中的标号分别为：1.保护膜；2.金属锂；3.电解液中添加剂在锂表面形成膜；4.金属锂和水剧烈反应放出的大量氢气和热量。

具体实施方式