[发明专利]一种锂金属电池电解液添加剂及其应用

说明书

本发明提供了一种锂金属电池电解液添加剂，含有该锂金属电池电解液添加剂的电解液，采用该电解液制备锂金属电池的方法及锂金属电池；所述锂金属电池电解液添加剂的化学成分为脒基硫脲及其衍生物。该锂金属电池电解液添加剂能有效地解决锂金属电池循环过程中锂枝晶及“死锂”的问题。

技术领域

本发明涉及一种锂金属电池电解液添加剂及其应用，属于锂金属电池技术领域。

背景技术

锂电池分为锂离子电池和锂金属电池。锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料的电池的总称，通常以碳素材料为负极，以含锂的化合物作正极，是一种二次电池(充电电池)，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作；充电时，Li⁺从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。锂金属电池指利用金属锂作为负极的电池，与其相搭配的正极材料可以是氧气、单质硫、金属氧化物、二氧化锰、磷酸铁锂等物质，其电解质为非水解电解质溶液。锂金属电池因具有最负电极电位(-3.04V vs.SHE)、高理论比容量(3860mAh/g)和最低电化学当量的优点而受到诸多关注。

然而，锂金属电池中的金属锂的非均相沉积、体积膨胀、SEI层破裂及高反应活性等因素会引发严重的锂枝晶及“死锂”问题，其在循环过程中会不断消耗活性锂，致使锂源利用率低下，大幅削减电池的循环寿命，甚至存在电池短路、燃烧、爆炸的潜在危险，严重阻碍其实际应用与发展。而锂离子电池却不存在这个问题，这也是市场上应用的主要是锂离子电池，而不是锂金属电池的原因。

为了有效地解决锂金属电池循环过程中锂枝晶及“死锂”的问题，研究者们常常从集流体结构设计、人工SEI、全固态电解质和修饰隔膜等策略入手。这些策略虽然能够在一定程度上缓解锂枝晶肆虐生长的现象，但是往往它们需要历经冗杂的制备工艺，如化学气相沉积CVD、原子沉积ALD、分子沉积MLD等高精尖的仪器设备，且制备步骤较多，并不利于商业化成本效益，为此很有必要采用简单易行的方式对其进行实而有效地改进。但是，几十年来，这个技术难题一直得不到解决。

发明内容

本发明提供了一种锂金属电池电解液添加剂及其应用，可以有效解决上述问题。

本发明是这样实现的：

一种锂金属电池电解液添加剂，其化学成分为脒基硫脲及其衍生物。

作为进一步改进的，所述衍生物选自1-苯基-3-甲脒硫脲、1-(4-碘苯基)-2-硫脲、2-(2-氟苯基)-1-氨基硫脲、1-五氟苯基-2-硫脲、1-甲基-N-[3-(三氟甲基)苯基]-1-氨基硫脲、1-(3-硝基苯基)-2-硫脲中的一种或多种。

一种电解液，包括锂盐、溶剂、上述的锂金属电池电解液添加剂；所述溶剂为非水有机醚类或酯类溶剂。

作为进一步改进的，所述的锂金属电池电解液添加剂在所述电解液中的浓度为1mM～1000mM。

作为进一步改进的，所述锂盐选自双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、三氟甲基磺酸锂、硝酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、六氟磷酸锂、双氟草酸硼酸锂、二草酸硼酸锂中的一种或几种；所述锂盐在所述电解液中浓度为0.1M～2.0M。

一种锂金属电池的制备方法，包括以下步骤：

S1，采用上述的电解液，通过电化学预活化或电解液物理浸泡的方式在锂箔表面构筑富含无机层的SEI膜；

S2，以步骤S1中制得的表面构筑富含无机组分的SEI膜的锂箔为负极，制备锂金属电池。

作为进一步改进的，所述电化学预活化为：在保护气氛下，正负极均采用锂箔，装配成锂锂对称扣式电池，滴加20μL～200μL上述的电解液，在0.1～5mA cm^-2面电流密度和0.1～5mAh cm^-2面容量条件下循环1～50圈。