[发明专利]一种可用于锂金属二次电池的电解液及其应用

说明书

本发明公开一种可用于锂金属二次电池的电解液及其应用。该电解液能使锂金属二次电池展现出更优的循环稳定性和倍率性能。所述电解液包含锂盐、有机溶剂和添加剂，锂盐溶解在有机溶剂中，所述有机溶剂为酯类溶剂，所述添加剂为苯基膦酸。本发明将苯基膦酸添加剂引入到电解液中，通过添加剂与电解液中锂离子配位反应，增大锂金属沉积过电位，细化沉积的锂金属颗粒大小，提高锂金属界面稳定性，最终提高锂金属电池的循环寿命。本发明制备过程简单，易于大规模生产，能满足锂金属负极在高能量密度的可充电电池的使用要求。

技术领域

本发明应用于锂金属二次电池及电化学领域，涉及一种含添加剂的锂金属二次电池电解液及其制备方法。

背景技术

锂离子二次电池因具有放电容量高、能量密度大、体积小重量轻、无记忆效应、清洁可再生等诸多优点，是21世纪最具发展前景的电化学储能器件，锂离子二次电池的研发和应用有利于解决环境污染问题和缓解化石能源危机。随着社会的不断进步，采用新能源汽车代替传统内燃机驱动汽车的需求不断增大，新型信息通讯技术、电动汽车、智能电网等产业的迅速发展对锂离子电池的容量、能量密度、寿命、安全性等方面提出了更高的要求。受困于锂离子电池能量密度的限制，便携式电子设备的使用时间以及电动汽车的行驶里程依然难以满足人们的实际需求，因此，研究更高能量密度的可充电电池成为研究热点。由于理论比容量高(3860mAh/g)，且氧化还原电位极低(-3.04V vs.标准氢气电极),锂金属被认为是最理想的负极材料。但是，锂金属负极的应用，目前还面临着巨大的挑战。一方面，金属锂在沉积过程中容易产生枝晶，严重时会刺穿隔膜，导致电池短路，甚至还会引发安全事故。另一方面，锂金属的无限体积膨胀导致界面稳定性差，严重影响电池的循环性能。此外，极活泼的金属锂与有机电解液存在副反应，不稳定的固态电解质膜(SEI)会进一步消耗大量的金属锂和电解液，最终影响电池的库伦效率，缩短电池的寿命。为了解决上述问题，国内外科研工作者做了大量的研发工作，其中，调节电解液成分是一种简单且高效的方法。

武汉大学艾新平教授指出，采用与锂离子有强络合作用的络合剂来增大锂沉积反应的电化学极化，从而降低电极反应的交换电流密度，可以减少锂枝晶的生长。本发明采用一种操作简单、适用性广的方法，将苯基膦酸添加剂加入电解液中，通过添加剂与电解液中的锂离子发生配位，增大锂金属沉积过电位，细化沉积的锂金属颗粒大小，延长锂金属负极的循环寿命，提高电化学性能。

发明内容

本发明的目的是针对锂金属负极枝晶生长的问题，提供一种实现苯基膦酸与电解液中锂离子发生配位反应，增大沉积过电位，细化沉积锂金属颗粒，从而抑制枝晶生长的方法。

本发明的技术方案如下。

一种可用于锂金属二次电池的电解液，包括电解质锂盐、有机溶剂和添加剂，在惰性气体的保护下，将所述电解质锂盐、添加剂溶解在有机溶剂中，所述添加剂为苯基膦酸。

具体为：在惰性气体的保护下，将锂盐按照一定浓度溶解在酯类溶剂中，搅拌溶解，得到酯类电解液，然后将一定量的苯基膦酸溶解在上述酯类电解液中，搅拌一段时间，得到无色透明的液体后即可组装锂金属电池。

进一步地，所述有机溶剂为酯类溶剂。

进一步地，所述酯类溶剂为碳酸乙烯酯EC、碳酸二乙酯DEC、碳酸二甲酯DMC、碳酸甲乙酯EMC、碳酸丙烯酯PC、氟代碳酸乙烯酯FEC的一种以上。

进一步地，所述电解质锂盐包括高氯酸锂LiClO₄、四氟硼酸锂LiBF₄、六氟砷酸锂LiAsO₆、六氟磷酸锂LiPF₆、双三氟甲烷磺酰亚胺锂LiTFSI、三氟甲磺酸锂LiCF₃SO₃和六氟铝酸锂Li₃AlF₆中的一种以上。

进一步地，所述电解质锂盐在电解液中的浓度为0.01～5mol/L。