[发明专利]一种锂金属二次电池用电解液及锂金属二次电池

说明书

一种锂金属二次电池用电解液，包括有机溶剂、电解质盐及电解液添加剂，电解液添加剂包括组分A和组分B，组分A由第一单体和第二单体聚合得到，第一单体选自(甲基)丙烯酸2,2,2‑三氟乙酯、(甲基)丙烯酸六氟丁酯、(甲基)丙烯酸八氟戊酯和2‑(三氟甲基)丙烯酸中一种或者多种；第二单体选自(甲基)丙烯酸C₁‑C₆烷基酯、二甲基丙烯酸酯中一种或者多种；组分B选自氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯和硝酸锂中的一种或多种。本发明还涉及一种锂金属二次电池，包括正极、负极、隔膜以及前述的锂金属二次电池用电解液。本发明电解液可以有效改善金属锂沉积形貌，诱导锂离子均匀沉积，抑制锂枝晶的产生，显著提升锂金属二次电池中金属锂的利用效率。

技术领域

本发明涉及储能器件领域，且特别涉及一种锂金属二次电池用电解液及锂金属二次电池。

背景技术

锂金属由于具有超高的能量密度(3860mAh/g)、低的电极电势(-3.040V vs.SHE)以及较低的密度(0.53g/cm³)，一直被认为是构建高能量密度锂电池的理想负极。但是由于锂离子从电解液本体扩散、沉积到电极表面时的不均匀性而导致了锂枝晶的产生，反之锂枝晶的产生又进一步导致锂离子沉积的不均匀性，如此反复使金属锂电极表面固液电解质膜(SEI膜)不断生长、破裂、剥落，造成了电解液的不断消耗，锂金属利用效率偏低。

锂金属负极在碳酸酯类电解液中的性能尤其差，如果未加电解液添加剂和改变溶剂时，半电池库伦效率仅有60～80％。改善性能的一种方法是在锂负极表面涂覆固体聚合物层，为锂片制作一层“人工SEI膜”，该固体聚合物层有利于减少锂负极与有机电解液的直接接触，降低锂负极与电解液之间的不可逆化学反应的发生，然而该固体聚合物层会在很大程度上迟滞电子离子的迁移，，不能从根源上解决锂金属负极在液态电解液中的诸多问题。最近一些研究者通过加入电解液添加剂可使碳酸酯类电解液库伦效率提升到99.2％，但是依然不足以达到实际应用对金属锂利用效率的需求(99.8％)。从最近几年关于锂金属负极的许多文献中看，半电池锂金属负极的库伦效率普遍较低，但是在全电池中利用负极预沉积大量金属锂的方式，掩盖了金属锂利用率低的缺点。锂金属在醚类电解液中的库伦效率较高，1M LiTFSI/EC:EMC(体积比＝1:1)含1wt％LiNO₃添加剂电解液库伦效率有98％，循环性能也较好，但是其电压窗口较低，所以很多研究论文中都是在半电池用醚类电解液，全电池中碳酸酯类电解液，以此来得到虚高的电池性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂金属二次电池用电解液，此锂金属二次电池用电解液可形成稳定的SEI膜，诱导金属锂均匀沉积。

本发明的另一目的在于提供一种锂金属二次电池，具有超高的锂金属利用效率和较好的循环性能。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提出一种锂金属二次电池用电解液，包括有机溶剂、电解质盐及电解液添加剂，所述电解液添加剂包括组分A和组分B，所述组分A由第一单体和第二单体聚合得到，其中：

所述第一单体选自(甲基)丙烯酸2,2,2-三氟乙酯、(甲基)丙烯酸六氟丁酯、(甲基)丙烯酸八氟戊酯和2-(三氟甲基)丙烯酸中一种或者多种；

所述第二单体选自(甲基)丙烯酸C1-C6烷基酯、二甲基丙烯酸酯中一种或者多种；

所述组分B选自氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯和硝酸锂中的一种或多种。

进一步地，在本发明较佳实施例中，所述组分A在所述锂金属二次电池用电解液中的浓度为0.1～10wt％，所述组分B在所述锂金属二次电池用电解液中的浓度为0.2～10wt％。

进一步地，在本发明较佳实施例中，所述电解质盐选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、六氟砷酸锂和双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂中的一种或多种。