[发明专利]锂空气电池用复合电解液体系及其制备方法、锂空气电池

说明书

本发明公开了一种锂空气电池用复合电解液体系及其制备方法、包含该复合电解液体系的锂空气电池，锂空气电池用复合电解液体系包括有机溶剂和溶于所述有机溶剂中的锂盐，所述有机溶剂为多元环状酰胺和碳酸酯组成的混合溶剂，该锂空气电池用复合电解液体系具有混合能低、稳定性高、与锂负极兼容性好、可有效提高电池循环性能等优点。

技术领域

本发明属于锂空气电池制备技术领域，尤其涉及一种锂空气电池用复合电解液体系及其制备方法、包含该复合电解液体系的锂空气电池。

背景技术

高能量密度的锂空气电池是最近才开始发展的一种新型电源体系，同时具有结构简单，电极反应可逆的优点。在仅考虑金属锂负极的条件下，锂空气电池的理论能量密度可达到11140 Wh/kg（6080 Wh/L）。实际上，即使考虑放电过程中放电产物沉积及电池结构设计等因素带来的能量密度损失，其能量密度也是目前锂离子电池能量密度的5到10倍，是目前已知的具有最高理论能量密度的电池体系。

电解液在电池工作过程中的稳定性是制约锂空气电池性能的关键因素之一。在目前已采用的电解液体系中，基于碳酸酯类溶剂电解液由于会同氧还原产物超氧根离子反应，导致放电最终产物为Li₂CO₃和多种烷基碳酸锂类化合物；基于醚类和砜类溶剂的电解液虽然是目前广泛采用的一种锂空气电池电解液体系，但因其在电池循环过程会在空气电极表面发生分解，反应副产物会随循环周期的增加在空气电极表面富集造成电池性能下降，所以稳定性仍无法满足锂空气电池的工作要求。

除上述电解液体系外，由于酰胺类溶剂对超氧根离子有更好的稳定性和抗电化学氧化性能，基于N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺等链状酰胺的电解液体系在锂空气电池中得到了部分应用。但由于酰胺溶剂对锂负极过程的兼容稳定性不佳，循环过程中会导致锂负极过程阻抗的显著增加而引起电池在循环过程中的失效。为改善酰胺类溶剂同锂负极的界面稳定性，目前较为常用的方法是添加硝酸锂和将其与碳酸酯类等溶剂进行混合来提高该类电解液的稳定性能。但由于硝酸锂本身在电池充电过程中会发生氧化导致副反应发生，而碳酸酯类溶剂与目前使用的链状酰胺在混合过程中会产生较大的混合能，导致难以形成理想的均一复合溶剂体系，无法发挥碳酸酯类溶剂对锂负极的保护作用，因此上述改进方法无法有效提升基于酰胺类溶剂在锂空气电池中的应用性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种混合能低、稳定性高、与锂负极兼容性好、可有效提高电池循环性能的锂空气电池用复合电解液体系。还相应提供一种上述的锂空气电池用复合电解液体系的制备方法，同时，还提供一种包含上述锂空气电池用复合电解液体系的锂空气电池。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种锂空气电池用复合电解液体系，包括有机溶剂和溶于所述有机溶剂中的锂盐，其特征在于，所述有机溶剂为多元环状酰胺和碳酸酯组成的混合溶剂。

上述的锂空气电池用复合电解液体系，优选的，所述多元环状酰胺包括N-甲基吡咯烷酮、β-内酰胺、γ-丁内酰胺或γ-戊内酰胺。

上述的锂空气电池用复合电解液体系，优选的，所述碳酸酯包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸亚乙烯酯或碳酸甲乙酯。

上述的锂空气电池用复合电解液体系，优选的，所述有机溶剂包括N-甲基吡咯烷酮和碳酸二乙酯组成的混合溶剂（混合能约为0.5 kJ/mol）、N-甲基吡咯烷酮与碳酸甲乙酯组成的混合溶剂（混合能约为0.45 kJ/mol）或N-甲基吡咯烷酮与碳酸丙烯酯组成的混合溶剂（混合能约为0.4 kJ/mol）。

上述的锂空气电池用复合电解液体系，优选的，所述有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮与碳酸丙烯酯组成的混合溶剂。

上述的锂空气电池用复合电解液体系，优选的，所述混合溶剂中，所述多元环状酰胺的体积分数为50%～80%，所述碳酸酯的体积分数为20%～50%。