[发明专利]一种电解液储存器抑制锂副反应和枝晶生长的方法

说明书

本发明公开了一种电解液储存器抑制锂副反应和枝晶生长的方法。该方法的具体过程为：将电解液储存器插入电池正负极之间，用于储存电解液减少电解液与电极材料之间的副反应以及抑制枝晶生长。本发明中的电解液储存器是一种富含与锂离子亲和元素和能与电解液溶剂形成氢键的官能团的中空三维材料。储液器中与锂离子亲和的元素，能够调节锂离子分布，抑制枝晶生长，同时还能使电解液能够顺利进入储液器内部；再结合储液器的中空结构，电解液在储液器内部呈凹液面，减少电解液与电极材料的接触，抑制副反应的发生。并且，储液器中的官能团与电解液溶剂通过氢键作用结合，削弱锂离子在电解液中的溶剂化作用，提高锂离子迁移数，进一步抑制枝晶生长。

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种电解液储存器抑制锂副反应和枝晶生长的方法。

背景技术

传统锂离子电池以石墨碳为负极，磷酸铁锂、钴酸锂或者三元材料为正极，然而，这些电极材料的理论比容量有限，逐渐不能满足人们对高能量密度，高功率密度的储能与转换装置的需求。因此，寻找新型电极材料以代替传统锂电池电极材料受到了广泛的关注。金属锂具有极高的容量密度和最低的氧化还原电位，是作为电池负极的一个绝佳材料。然而，金属锂的应用存在许多问题，其中最重要的是金属锂与电解液之间的副反应和锂在沉积过程中的枝晶生长。其中，枝晶生长受到多种因素的影响，如不均匀的锂离子分布、电极表面过高的有效电流密度以及电极附近的浓差极化等。

为了缓解锂的副反应问题，一些研究者们在电解液中加入添加剂稳固锂与电解液之间的界面，然而添加剂作为牺牲剂，并不能长久的保护锂金属表面；或者使用聚合物/固态电解质代替电解液，但是会引起过高的界面接触电阻从而影响电池的应用。而为了抑制枝晶生长问题，研究者们增大电极的比表面积以降低电极表面的有效电流密度，或者通过“亲锂”元素(与锂离子亲和的元素)调节锂离子分布，以及通过调节官能团提高锂离子迁移数以降低电极表面的浓差极化。但是枝晶的生长是多种因素共同影响的结果，单一的手段并不能完全的抑制枝晶的生长，甚至在抑制枝晶生长的过程中还会加剧锂副反应，如增大电极的比表面积确实可以抑制枝晶的生长，但是同时也增大了金属锂与电解液之间接触面积，加剧了金属锂的副反应。综上，寻找一种方法既能够从多方面抑制枝晶的同时还能减少锂与电解液之间的副反应，从而综合性的提高电池的各方面性能是目前研究锂金属电池的关键。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供一种通过添加电解液储存器的方法同时抑制锂副反应和枝晶生长。本发明通过电解液储存器将电解液储存在储液器内部以减少与锂之间的接触从而抑制副反应发生，同时，通过“亲锂”元素对锂离子分布的调节以及通过减小锂离子溶剂化体积从而提高锂离子迁移数两方面共同抑制枝晶的生长，提高电池的循环性能、库伦效率以及安全性。

为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种电解液储存器抑制锂副反应和枝晶生长的方法，该方法的具体过程包括以下步骤：

(1)制备富含“亲锂”元素和能与电解液溶剂形成氢键的官能团的中空三维材料；

(2)将步骤(1)所得电解液储存器直接置于电池正负极之间即可。

进一步地，步骤(1)所述“亲锂”元素为氮、硼、氧、氟、硫、磷中的一种或多种。

进一步地，步骤(1)所述“亲锂”元素为氮和氧。

进一步地，步骤(1)所述能与电解液溶剂形成氢键的官能团为羧基、氨基、羟基中的一种或多种。

进一步地，步骤(1)所述能与电解液溶剂形成氢键的官能团为羧基。

进一步地，步骤(1)所述中空三维材料为碳材料、聚合物材料、静电纺丝材料中的一种或多种。

进一步地，步骤(1)所述中空三维材料为泡沫碳。

进一步地，步骤(1)所述电解液储存器制备具体过程为：