[发明专利]应用于碱金属电池的电解液及其碱金属电池

说明书

本发明提供了一种应用于碱金属电池的电解液及其碱金属电池，其中，应用于碱金属电池的电解液包括锂盐、非水有机溶剂和添加剂，添加剂包括如结构式I所示的具有含氮杂环的硼化盐，其中，R为Li、Na或K，R₁、R₂、R₃、R₄各自独立的选自氢原子或C₁～C₆的烃基。硼化盐中环内C＝C双键在电极/电解液界面处聚合，形成稳定性较优的有机SEI膜，N‑B‑Li基团沉积在电极/电解液界面处形成富含Li₃N，LiN_xO_y，LiB_xOy成分的无机SEI膜，形成的双层SEI膜具有协同效应，因此可有效抑制锂枝晶的生长，提高碱金属电池的循环性能，还能确保发挥出碱金属负极的高能量密度优势。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种电解液，更加涉及一种应用于碱金属电池的电解液及其碱金属电池。

背景技术

目前，锂离子电池已广泛应用于汽车、手机等技术产品。商业化的锂离子电池主要以石墨为负极材料，其容量发挥已经接近石墨理论值(372mAh/g)，很难通过对石墨进行处理而高幅度地提升锂离子电池的容量。

为了获得具有高容量的锂离子电池，将通过与锂发生合金化反应而具有高储存容量特性的金属材料如硅(4200mAh/g)和锡(990mAh/g)用作负极活性材料。然而，当将诸如硅和锡的金属用作负极活性材料时，在与锂进行合金化的充电过程中其体积膨胀至约4倍，并且在放电过程中再收缩。由于在充电/放电过程中重复发生电极组件的较大的体积变化，因此活性材料逐渐微粉化并从电极上脱落，因此容量迅速减小，从而难以确保稳定性和可靠性，且由此导致商业化失败。

与上述负极活性材料相比，碱金属如锂金属、钠金属和钾金属，具有较高的比容量，尤其是金属锂，其理论比容量高达3860mAh/g，电极电位低至-3.04V(相对于H2/H+)，因此发展以金属锂作为负极的碱金属电池再次引起科研工作者的关注。

然而，限制碱金属电池进一步发展的障碍主要有两个方面：(1)碱金属电池在循环过程中容易产生枝晶，如锂枝晶，锂枝晶容易刺穿电池的隔离膜，导致电池易出现短路；(2)锂枝晶表面积大、活性高，易与电解液剧烈反应，导致金属锂表面SEI膜(界面膜)持续重组，消耗电解液和活性锂，还导致循环效率降低，缩短电池循环寿命。因此，如何有效改善金属锂电极表面性质、抑制锂枝晶的生成是进一步发展碱金属电池需要解决的重点。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种应用于碱金属电池的电解液及其碱金属电池，此添加剂可改善碱金属电池的容量和循环寿命。

为实现上述目的，本发明第一方面提供了一种应用于碱金属电池的电解液，包括碱金属盐、非水有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括如结构式I所示的具有含氮杂环的硼化盐，

其中，R为Li、Na或K，R₁、R₂、R₃、R₄各自独立的选自氢原子或C₁～C₆的烃基。

本发明的碱金属电池添加剂中具有含氮杂环的硼化盐，其结构中环内C＝C双键在电极/电解液界面处聚合，形成稳定性较优的有机SEI膜，N-B-Li基团沉积在电极/电解液界面处形成富含Li₃N，LiN_xO_y，LiB_xOy成分的无机SEI膜，形成的双层SEI膜具有协同效应，因此可有效抑制锂枝晶的生长，提高碱金属电池的循环性能，还能确保发挥出碱金属负极的高能量密度优势。