[发明专利]金属锂高沉积高溶出效率的可充锂电池电解液及其制备

说明书

技术领域

本发明涉及金属锂基电池电解液体系，特别涉及一种金属锂高沉积高溶出效率的可充锂电池电解液及其制备。

背景技术

随着现代社会对能源需求紧迫性的增加，高能量密度的二次电池已经成为未来能源产业发展的重点，锂离子电池以其突出的性能优势成为应用最为普遍的二次电池，现有锂离子电池常用的负极材料是石墨化炭，其理论比容量为370mAh/g，只是金属锂的约十分之一，已日渐不能满足日益增长的高能量密度需求，金属锂基电池体系的高比能量优势越来越多成为人们研究的热点和发展方向，如锂-硫电池及锂-空气电池，如果按照还原最终反映产物Li₂S计算，Li/S电池的理论能量密度可以高达2600Wh/Kg，锂空气电池的能量密度更是高达3500Wh/Kg，远远高于目前常规锂离子电池约200Wh/Kg的能量密度。但是采用金属锂作为二次电池负极材料存在有两个最主要的问题，一是由于金属锂的高活泼性，循环过程中极易与电解液发生不可逆反应，消耗电解液，引起库仑效率降低，并导致最终大效；二是循环过程中金属锂形成的枝晶以及“死锂”也会降低锂电极的循环效率，若锂枝晶持续生长会刺穿隔膜导致短路甚至爆炸等一系列安全问题，因此寻找到一种可应用于金属锂基电池的高库仑效率电解液是金属锂作为负极得以应用的前提。传统的可以获得高循环效率的电解液有LiAlCl₄+SO₂，在此种电解液中金属锂电极的循环效率接近100％，但是由于该电解液腐蚀性强，SO₂极易挥发，易对环境造成污染，制备工艺要求高，因此这种电解液不适宜实际应用；此外LiAsF₆/DOL体系电解液在小电流密度下也可以获得高循环效率，但是这种电解液中的溶质LiAsF₆有毒，且体系不稳定，需加入稳定剂才可使用，并不符合绿色能源发展的需求。因此开发成分和制备工艺简单，绿色无毒，适合大规模工业实际应用的高循环效率电解液是本发明开发的着力点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可应用于金属锂基电池的金属锂高沉积高溶出效率的可充锂电池电解液及其制备。本发明的电解液锂的沉积溶出首次效率高达91.6％，循环稳定效率达98.3％，沉积溶出极化电压小且稳定，循环寿命高。此外本发明的电解液成分和制备工艺简单，易于实现工业化应用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种金属锂高沉积高溶出效率的可充锂电池电解液，所述电解液为双溶质双溶剂型电解液；LiN(SO₂F)₂(LiFSI)为所述双溶质中的必须溶质，第二溶质为除LiN(SO₂F)₂外的锂盐；1，3-二氧戊环为所述双溶剂中的必须溶剂，第二溶剂为除1，3-二氧戊环外的醚类有机溶剂。

优选的，所述电解液中锂离子浓度为0.6～1.4mol/L。

优选的，所述LiN(SO₂F)₂与第二溶质的摩尔比为(2～8)∶(3～4)。

优选的，所述第二溶质为LiClO₄或LiN(CF₃SO₂)₂(LiTFSI)。

优选的，所述1，3-二氧戊环与第二溶剂的体积比为(2～5)∶(2～3)。

优选的，所述第二溶剂为链状醚类或环状醚类及其烃基衍生物。

优选的，所述第二溶剂为四氢呋喃、甲基四氢呋喃、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚或四乙二醇二甲醚。

优选的，所述方法包括如下步骤：

a、将所述双溶剂在室温搅拌条件下混合均匀，搅拌时间10～30min，形成混合溶剂；

b、将所述第二溶质加入到混合溶剂中，充分溶解，搅拌，得溶液Ⅰ；

c、将所述LiN(SO₂F)₂缓慢加入到溶液Ⅰ中，放热完全后，搅拌3～12h，即得所述电解液；所述LiN(SO₂F)₂与第二溶质的摩尔用量比为(2～8)∶(3～4)。

优选的，所述电解液中锂离子浓度为0.6～1.4mol/L。

优选的，所述双溶剂中1，3-二氧戊环与第二溶剂的体积比为(2～5)∶(2～3)。