[发明专利]一种金属锂电池及其电解液

说明书

本发明属于金属锂电池技术领域，具体公开了一种稳定金属锂沉积的电解液。该镀液为锂盐、有机溶剂和添加剂所组成的有机溶液，具体组成为：锂盐/有机溶剂体积比值的范围为0.5～3mol/L、添加剂含量为0.1～5wt.％。本发明所述镀液配方简单，成本低廉且实用，采用本发明所述特定组成和配比的电镀锂液可以在集流体表面实现均匀的锂沉积，有效避免枝晶的生长。所得到的电解液可以作为锂硫电池的电解液，实现长时间稳定的循环。

技术领域

本发明属于储能器件领域，具体涉及一种稳定金属锂沉积的电解液。

背景技术

以石墨为负极，以过渡金属氧化物为正极的锂离子电池在手机，笔记本等小型数码电子产品中得到了广泛的应用。目前，该类锂离子电池也逐步在电动汽车等领域得到了应用。但是，受限于当前锂离子电池有限的能量密度(实际能量密度小于250Wh/kg)，电动汽车大规模的应用受到了极大的限制。在这一背景下，金属锂凭借着其超高的比容量(3860mAh/g)，被誉为是最有前途的负极材料之一。

锂金属电池是一种以金属锂为负极的一类电池。其负极的作用机制是锂离子的沉积和金属锂的溶解，得易于这种沉积机制，金属锂负极的理论比容量高达3860mAh/g。而锂离子电池是以锂离子的传递来完成充放电，其负极(如石墨)的作用机制是锂离子在石墨中的嵌入和脱出，由于锂离子嵌入在石墨中，因而其理论比容量仅为372mAh/g。

锂金属电池由于以金属锂作为负极，因此拓宽了正极材料的选择范围。因此，硫单质，氧气，氮气，二氧化碳，MoS₂，TiS₂，V₂O₅等不含锂的正极材料。而锂离子电池通常以石墨为负极，由于石墨负极中不含有锂，因而限制了正极材料的选择范围，目前商品化的用于锂离子电池中的正极材料主要有锂化后的材料，例如LiCoO₂，LiFePO₄，LiMn₂O₄，LiNi_xCo_yMn_zO₂(x+y+z＝1)等。

基于锂金属电池和锂离子电池的机理区别，二者的电池体系，使用的物料成分均存在本质区别。

锂金属电池虽具有高比容量等诸多优势，但也存在诸多需要克服的问题，例如锂枝晶的生长，以及随后不均匀的沉积和溶解大大限制了金属锂在二次电池中的应用。

为了解决这一问题，大量的科研工作者至于构造新型的3D锂负极，功能化的涂层，固体电解质。如广东工业大学的Xi Ke等人[X.Ke，Y.Cheng，J.Liu，L.Liu，N.Wang，J.Liu，C.Zhi，Z.Shi，Z.Guo，Hierarchically bicontinuous porous copper as advanced 3Dskeleton for stable lithium storage，ACS Applied MaterialsInterfaces，2018，10：13552-13561.]采用多孔铜作为工作电极实现了金属锂稳定的沉积和溶解，并成功的抑制了锂枝晶的生长。在这些研究的背后，锂金属负极的性能得到了极大的提升。但是，这些策略制备的锂金属真正在二次电池中的应用会极大的改变的电池原有的构造(目前锂离子电池的负极是铜箔表面涂覆一层石墨，整个极片的厚度一般控制在60～80μm。如果采用新型的3D锂负极则厚度会达到几百微米。至于功能化涂层由于涂层的存在，电池的极化以及厚度也会大量增加。此外，这两种方法增加了额外的工序，需要提前制备负极材料。固体电解质彻底改变的电极结构，目前锂离子电池与液体电解液和凝胶电解质为主)，因而这类锂负极产业化的步伐依然遥远。