[发明专利]一种电解液提高锂电池性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种电解液以及使用该电解液提高锂电池性能的方法。

背景技术

随着环境污染问题日益突出，人们对新能源需求的又不断上涨，而石化燃料不可再生性，风能、太阳能的不稳定性，所以人们不得不追寻更清洁且可再生的能源。可充放二次锂电池引起了人们的极大关注，研究者将其应用于便携式电子产品领域给生活带来了极大的便利，但是能量密度不能满足一些产品的需求，如电动汽车。因此，新一代高能量密度的清洁储能设备被急切要求研究出来。锂金属电池由于锂金属具有超高的理论比容量（3860mAh/g）和较低的氧化还原电位（-3.04V vs 标准氢电极），是石墨负极材料的理论比容量（372mAh/g）的十倍,故其被认为在能量储存系统方面是最有前景的电池负极材料。但是目前存在着阻碍锂金属电池发展的几大问题，其中，锂枝晶就为其中之一。锂枝晶是电池在充放电过程中，锂离子不断在负极不均匀的沉积、剥离，使得在锂金属负极表面出现凸起凹陷，在凸起部分的电流显著增加从而加剧的枝晶的形成。由于锂枝晶的不断生长，使得枝晶刺破隔膜造成短路，造成短路而引起安全隐患。而且，石墨负极在快充条件下也会引起锂枝晶的形成。因此，解决锂枝晶是二次锂电池不可避免的问题。目前抑制锂枝晶的方法有很多，如采用含硼的金属锂负极材料，锂金属或锂合金在膨化合物的骨架中，尺寸变小，比表面增大，使得锂更均匀沉积。通过选择合适体系并调配体系中的盐与溶剂的比例来改变电解液的物理化学性质，从而抑制锂金属表面枝晶的生成。此外通过设计了一种双层结构的金属锂负极，在金属锂表面加上一层覆盖层，利用表面层结构来调控锂离子在负极表面的均匀分布，使锂离子在负极表面均匀沉积。虽然上述方案在一定程度上减少了锂枝晶的形成，但是，其并没有从根本上解决锂枝晶生成的问题，而且其工艺复杂，不适合工厂商业化生产。对比下，利用电解液添加剂方法来减缓或避免锂枝晶生成是最为简单有效的途径。但是大部分添加剂通过形成SEI膜来抑制锂枝晶形成，其SEI膜杨氏模量较低，随着循环次数的增加抑制效果会逐渐降低，并且对电解液中的多余F^-不能有效控制其浓度，而电解液中存在HF的含量不可避免，不仅对电极有破坏作用，而且会破坏SEI膜。并且其所形成抑制锂枝晶的SEI薄膜（固体电解质界面层）杨氏模量较低，在充放电过程中易破裂。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种既能够实现添加剂与锂金属负极作用形成稳定的SEI薄膜，又能调控电解液中多余F^-浓度，抑制锂枝晶产生的电解液以及使用该电解液提高锂电池性能的方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种电解液，含有化学式为R₁R₂NC_nH_2n+1-x(OH)_x的电解液有机添加剂，其中R₁、R₂分别表示-H、-C_nH_2n+1-x(OH)_x或-C_mH_2m+1，式中5≥m≥0，x≥1。

所述电解液有机添加剂的质量占电解液质量的百分比为0.01%-10%。

进一步的，所述添加剂为：2-氨基乙醇、2-氨基丁醇、甲基乙醇胺，N-甲基二乙醇胺，N,N-二甲基乙醇胺、N,N-二甲基丙醇胺，N,N-二甲基丁醇胺，N,N-二甲基戊醇胺，二乙醇胺、二丙醇胺、二丁醇胺、二戊醇胺、三乙醇胺、三丙醇胺、三丁醇胺、三戊醇胺、异丙醇胺、N,N-二甲基异丙醇胺的一种或多种。

所述的电解液的制备方法，包括如下步骤：

（1）称取锂盐并溶于有机溶剂中，配制成浓度为0.1-6mol/L的溶液备用；

（2）将所述电解液有机添加剂加入步骤（1）得到的溶液中，搅拌0.5-24h，配成电解液。

所述锂盐为六氟磷酸锂LiPF₆、六氟砷酸锂LiAsF₆、三氟甲基磺酸锂LiCF₃SO₃、双（三氟甲磺酰基）亚胺锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂LiTFSI的一种。