[发明专利]金属锂二次电池用电解液以及使用该电解液的金属锂二次电池

说明书

本发明公开了一种含有含硫共轭结构添加剂的金属锂二次电池用电解液以及使用该电解液的金属锂二次电池。所述金属锂二次电池用电解液由锂盐、非水溶剂和含硫共轭结构添加剂构成，所述含硫共轭结构添加剂的质量相对于非水溶剂体积的比值为0.01‑100mg/mL。本发明通过选取含有特定量的特定添加剂成分的电解液，能够有效的抑制金属锂二次电池中锂枝晶的生长，从而起到提高金属锂二次电池循环性能和安全性的作用。

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种含有含硫共轭结构添加剂的金属锂二次电池用电解液以及使用了该电解液的金属锂二次电池。

背景技术

近些年来，环境污染及其引发的雾霾已成为威胁国民健康的重大隐患，其中相当一部分污染来自于化石燃料的燃烧。为解决化石燃料产生的环境问题，各种绿色能源逐渐走进人们的视野。其中，绿色能源锂电池由于其能量密度高、自放电小等特点已经在储能、通讯和交通运输领域得到广泛应用。在锂电池中，传统负极材料石墨因为较低的容量密度(372mA h g^-1)，有限制锂电池进一步发展的趋势。因此，企业和学者们纷纷寻求更高能量密度的负极材料。

金属锂作为一种高容量密度的负极材料(3860mA h g^-1)，在二次锂电池、锂空气电池中均有很大的应用潜力。但是金属锂也由于其化学性质活泼存在很大的安全问题，当锂沉积时受到浓度极化和电场影响极容易生长枝晶穿刺隔膜，引发一系列安全问题。

为了增强具有金属锂负极的金属锂二次电池的安全性，目前的方法大多集中在锂金属表面的修饰，即在锂负极表面形成一层稳定的，具有高导锂离子能力的界面保护膜(SEI(Solid electrolyte interphase)膜)。如一种方法是在锂电极表面原位形成无机的导离子能力高、机械强度高的富含LiF的SEI膜，加速锂的沉积溶解能力和抑制锂枝晶生长，比如在电解液中添加氟代碳酸乙烯酯(Angew.Chem.Int.Ed.2018,57,1–6)等来形成富含F元素的无机的SEI膜，从而稳定锂负极，抑制枝晶生长。再如，另一种方法则是使用有机膜去保护金属锂，比如使用吡咯等化合物在金属锂表面形成保护膜抑制枝晶生长，增强阳极稳定性(专利文献：CN102315420A)。但是，上面提到的方法都并不能根本上解决溶液中浓度梯度引起的不均匀沉积，同时所形成的膜也容易随着金属表面变形发生变形，在电流密度较大时难以较好的保护阳极表面，从而产生枝晶。也即只能起到抑制锂枝晶的生长效果，而不能从根本上去防止锂枝晶的形成。

此外，还有方法是加入其它复杂的大分子添加剂，提升锂的嵌入脱出效率，从而防止高电流密度下的短路行为。然而这种复杂的添加剂分子合成困难，制备过程繁琐，成本昂贵，很难去实际应用(专利文献：CN108054429A)。

发明内容

为了从根本上克服现有的锂金属表面枝晶生长的问题，本发明提供一种含有小分子的含硫共轭结构添加剂的金属锂二次电池用电解液以及使用了该电解液的金属锂二次电池，能够以较低成本防止可充金属锂电池产生枝晶。

本发明的为一种金属锂二次电池用电解液，其含有锂盐、非水溶剂和含硫共轭结构添加剂，其中，所述锂盐的浓度为0.5-10mol/L，含硫共轭结构添加剂的质量相对于非水溶剂体积的比值为0.01-100mg/mL。

本发明的所述金属锂二次电池用电解液中，优选的，所述锂盐为LiPF₆、LiTFSI和LiClO₄中的一种或多种。

本发明的所述金属锂二次电池用电解液中，作为非水溶剂，可选自1,3-二氧戊环(DOL)、乙二醇二甲醚(DME)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸丙烯酯(PC)中的一种或多种。