[发明专利]一种锂二次电池用电解液和锂-氧气二次电池

说明书

本发明提供了一种锂二次电池用电解液，所述电解液包括，能与锂二次电池负极表面腐蚀物反应，形成含硅保护层的材料；所述锂二次电池包括锂‑氧气二次电池或锂硫电池。本发明从电解液方向入手，针对开放性体系的锂二次电池，锂表面上不可避免形成的腐蚀物氢氧化锂的特点，在电解液中加入硅酸酯类材料/硅烷类材料，易于与氢氧化锂发生反应生成含硅保护膜，有效地防止锂负极的进一步侵蚀，而且随着充放电的进行，电解液中的硅酸酯/硅烷可以对保护膜进行动态修复，即在腐蚀的锂表面继续生长保护膜，因而在循环充放电过程中，能够实时的对锂负极进行动态原位保护，效果更佳，保护层更致密，有效地减缓金属锂的腐蚀并显著的提高金属锂的可逆性。

技术领域

本发明涉及金属-空气或锂硫二次电池技术领域，涉及一种锂二次电池用电解液和锂-氧气二次电池，尤其涉及一种锂-氧气二次电池或锂硫二次电池用电解液和具有自我修复能力的锂-氧气二次电池。

背景技术

空气电池是化学电池的一种，构造原理与干电池相似，所不同的只是它的正极活性物质取自空气中的氧或纯氧，也称为氧气电池，按负极材料通常分为锂-空气电池，锌-空气电池、铝-空气电池以及镁-空气电池等。

锂-氧气电池比锂离子电池具有更高的能量密度。理论上来说，氧气作为正极反应物不受限，该电池的容量仅取决于锂电极，可以提供与汽油同等的能量，而且锂-空气电池从空气中吸收氧气放电，因此这种电池可以更小、更轻，具有超高的比能量(锂离子电池十倍以上)。此外，锂-氧气电池的正极所需的氧气来源于环境，使用方便，成本廉价等优点，而且锂-氧气电池的构造原理与锂离子电池相似，因而近些年来，被领域内认为是一种有前途的下一代储能器件，而得到广泛的研究。

然而锂-氧气电池大多都是理论上的优势，要能够拓展到应用领域，在投入实际应用之前还需要诸多方面的研究，仍然需要克服许多挑战，其中负极锂的保护是最为领域内人员所关注的。这是由于锂-氧气二次电池独特的半开放、高腐蚀体系会在电池中引入氧气、水和强氧化性的正极反应中间体，上述杂质对活泼的金属锂造成不可逆的腐蚀，严重影响锂-氧气电池的性能，严重时甚至会将负极锂消耗殆尽，金属锂的原子利用率低。

目前，对于锂-氧气电池的锂负极保护的方法较少，相关的研究主要集中在一些人造保护膜和新型隔膜的研究方面，用以抵抗高腐蚀环境。虽然取得了一些进展，但是反应工艺条件较为复杂，需要耗费大量的能源和昂贵的原料。

因此，如何对锂-氧气电池进行改进，解决其在实际使用中存在的负极腐蚀问题，使其具有更高的实用性，已成为该领域内众多前沿科研人员广为关注的焦点之一。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种锂二次电池用电解液和锂-氧气二次电池，特别是一种锂-氧气二次电池或锂硫电池用电解液和具有自我修复能力的锂-氧气二次电池。本发明提供的具有自我修复能力的锂-氧气二次电池，在充放电循环的过程中原位对金属锂进行动态保护，保护效果更明显，保护层更加致密，可以有效地防止锂负极的腐蚀。

本发明提供了一种锂二次电池用电解液，所述电解液包括，能与锂二次电池负极表面腐蚀物反应，形成含硅保护层的材料；

所述锂二次电池包括锂-氧气二次电池或锂硫电池。

优选的，所述材料包括硅酸酯类材料和/或硅烷类材料；

所述腐蚀物包括氢氧化锂；

所述含硅保护层包括二氧化硅保护层。

优选的，所述硅酸酯类材料包括正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、正硅酸丙酯、正硅酸丁酯、硅酸四烯丙酯和四(二甲基硅基)原硅酸酯中的一种或多种；

所述的硅烷类材料包括三甲基氯硅烷、二甲基氯硅烷、甲基三氯硅烷、三异丙基氯硅烷、甲基二苯基氯硅烷、叔丁基二苯基氯硅烷、十二烷基二甲基氯硅烷和硅氧烷中的一种或多种。