[发明专利]锂金属负极、锂电池电解液以及锂电池

说明书

本发明涉及锂电池技术领域，公开了一种锂金属负极、锂电池电解液和锂电池，所述锂金属负极包括：锂金属和在所述锂金属的表面附着的含亲锂基团有机物，其中，所述含亲锂基团有机物含有硫醇基团、羟基基团、羧基基团、氨基基团、卤素中的至少一种。所述电解液包含：电解质、溶剂和含亲锂基团有机物，其中，所述含亲锂基团有机物含有硫醇基团、羟基基团、羧基基团、氨基基团、卤素中的至少一种。所述锂电池为包含所述锂金属负极或所述锂电池电解液的锂电池。相对于现有技术，本发明的锂电池具有降低锂在沉积过程中的过电势，促进锂金属在沉积过程中形成更均匀致密的结构，延缓锂枝晶的生成的效果。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种锂金属负极、锂电池电解液以及锂池。

背景技术

锂离子电池储能具有高能量密度和便携的优势，经过二十年的发展逐步获得了市场的认可，在个人电子设备、电动汽车等领域实现了规模化应用。在已知的电极材料中，锂金属负极以3860mAh·g^-1的高容量和最负的电势(-3.040V vs.标准氢电极)而成为储能界的“圣杯”，受到研究人员的关注。

20世纪70年代，锂金属一次电池已经在心脏起搏器、空间探索、石油勘探等诸多领域实现了商业化应用。但是当金属锂作为二次电池负极时，可逆沉积锂容易形成锂枝晶，个别锂枝晶刺穿隔膜，造成电池内部短路，形成安全隐患。抑制枝晶生长是实现高能量密度锂金属电池(如锂硫电池、锂氧电池等)规模化应用的关键。为了抑制枝晶生长，提高锂金属电池的安全性、利用率和循环寿命，研究学者们提出了多种解决方案。

CN109004276A公开一种锂负极保护膜、制备方法及锂金属二次电池，具体公开了通过锂盐、离子液体、无机物纳米颗粒和Nafion聚合物溶液涂覆，形成准固态电解质，再通过涂覆的方式保护锂金属负极，在锂负极或铜集流体表面形成一层准固态电解质层，具有一定的机械强度，提高了锂金属负极的稳定性；但是，在其溶液制备过程涉及球磨等工序，Nafion锂化等工序，过程繁琐，且完全通过物理涂覆，无化学键作用，界面结合较弱。

CN106935800A公开了一种用于二次锂电池负极的保护层，具体公开了通过多硫化锂的溶液浸泡，在锂金属表面形无机盐层，利用无机盐层的离子传导特性和电子绝缘性，对锂金属表面的锂沉积起到调控作用；但是，该方法局限于少数几种无机盐类，且无抑制枝晶数据支持其声称效果，且该无机盐层与锂金属界面无化学作用，仅靠物理吸附，同样存在结合锂弱的特点。

如何克服锂金属负极存在的枝晶生长缺陷，让需要寻找合适的解决方法。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的锂金属负极的枝晶生长而造成锂金属电池短路、不安全的缺陷，提供了锂金属负极、锂电池电解液以及锂电池。该锂电池具有降低锂在沉积过程中的过电势，促进锂金属在沉积过程中形成更均匀致密的结构，延缓锂枝晶的生成的效果。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种锂金属负极，所述锂金属负极包括：锂金属和在所述锂金属的表面附着的含亲锂基团有机物，其中，所述含亲锂基团有机物含有硫醇基团、羟基基团、羧基基团、氨基基团、卤素中的至少一种。

本发明第二方面提供一种锂电池，其中，该锂电池包含所述的锂金属负极。

本发明第三方面提供一种锂电池电解液，所述电解液包含：电解质、溶剂和含亲锂基团有机物，其中，所述含亲锂基团有机物含有硫醇基团、羟基基团、羧基基团、氨基基团、卤素中的至少一种。

本发明第四方面提供一种锂电池，其中，该锂电池包含所述的电解液。

通过上述技术方案，本发明在锂金属表面引入含亲锂基团有机物，通过亲锂基团的电子富集作用，降低锂在沉积过程中的过电势，促进锂金属在沉积过程中形成更均匀致密的结构，延缓锂枝晶的生成，从而提高锂电池的稳定性和安全性。