[发明专利]含CTAB的金属锂电池电解液

说明书

一种含CTAB的金属锂电池电解液，其制备方法包括：将二甲醚(DME)和1,3‑二氧戊环(DOL)以1：1左右的体积比形成混合溶液；在混合溶液中加入双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，其中LiTFSI在溶液中的浓度为1mol/L左右，CTAB在溶液中的浓度为4‑10mmol/L。本发明提供的改性电解液可以有效克服现有金属锂负极材料局部形成锂枝晶从而导致电池短路引发安全问题的缺陷，同时还可使金属锂电池具有较高的库伦效率和循环稳定性。

技术领域

本发明涉及电池领域，具体涉及一种金属锂电池电解液。

背景技术

现如今二次电池的发展越发成熟，传统的锂离子电池逐渐无法满足人们的需求。拥有高比容量(3860mAh·g^-1)和低还原电位(-3.04V vs.SHE)的金属锂成为了最具前景的负极材料，但是直接采用锂金属作为电极材料在循环过程中可能会造成锂枝晶的生长，刺穿隔膜使正负极材料接触引起电池短路甚至爆炸等安全问题。另外，不断生长的锂枝晶发生断裂，形成“死锂”，这种“死锂”无法继续参与电极反应，从而使电池的容量发生衰减，循环性能也会受到影响而下降。因此，寻求抑制锂枝晶生长的方法是锂二次电池发展的关键问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的金属锂电池电解液，其能够有效解决上述现有技术所存在的锂枝晶生长问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种锂二次电池改性电解液的制备方法。该方法包括：

将二甲醚(DME)和1,3-二氧戊环(DOL)以1：1左右的体积比形成混合溶液；

在混合溶液中加入双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，其中LiTFSI在溶液中的浓度为1mol/L左右，CTAB在溶液中的浓度为4-10mmol/L。

根据本发明的优选实施例，所述改性电解液通过将DME、DOL、LiTFSI和CTAB在惰性气氛下一起搅拌混合而形成，搅拌速率为800r/min，搅拌时间为3h，搅拌温度为25℃。

根据本发明的另一方面，提供了一种锂二次电池，包括通过上述制备方法所制备的改性电解液。

根据本发明的又一方面，涉及十六烷基三甲基溴化铵在锂二次电池的电解液中的应用。

发明人在改性试验过程中意外发现，十六烷基三甲基卤化铵尤其是CTAB在锂电池的电解液中的适当添加能够显著改善锂枝晶在锂负极表面的生长或沉积问题。虽然目前对CTAB的相关作用机理不是非常明确，但很可能是CTAB改变了电极界面能，在锂负极枝晶区域改善了阴阳离子之间的特异性吸附，使电极表面浓度梯度均匀化，并促进了锂离子在液相中的快速扩散，从而有效抑制了锂枝晶的生成。另外，还可能由于锂枝晶尖端负电荷聚集，作为阳离子表面活性剂CTAB会沉积在锂枝晶上从而进一步阻止锂的沉积。此外，CTAB还可能同时调整改善了SEI膜的组分，使其具有更加良好的锂离子通透性。

总之，本发明提供的改性电解液可以有效克服现有金属锂负极材料局部形成锂枝晶从而导致电池短路引发安全问题的缺陷，同时还可使金属锂电池具有较高的库伦效率和循环稳定性。

附图说明

图1示出了根据本发明的含5mM CTAB的电解液所组成的金属锂对称电池的循环稳定性及过电位；

图2示出了根据本发明的含5mM CTAB的电解液所组成的金属锂对称电池的锂负极沉积形貌；

图3示出了本发明的含10mM CTAB的电解液所组成的金属锂对称电池的循环稳定性及过电位；

图4示出了根据本发明的含10mM CTAB的电解液所组成的金属锂对称电池的锂负极沉积形貌；