[发明专利]一种高浓度双氟磺酰亚胺锂-硝酸锂-1，3-二氧五环电解液及其制备方法和相应的电池

说明书

本发明公开了一种高浓度双氟磺酰亚胺锂‑硝酸锂‑1，3‑二氧五环电解液及其制备方法和相应的电池。本发明的电解液为由双氟磺酰亚胺锂锂盐和硝酸锂‑1，3‑二氧五环组成的双电解质，以双氟磺酰亚胺锂锂盐作为电解液中的锂离子传输电解质，同时作为锂金属负极稳定性的改善剂，浓度在2.5‑3molL^‑1；硝酸锂作为锂金属负极表面钝化剂，浓度在0.5‑0.8molL^‑1；1，3‑二氧五环作为有机溶剂，用于溶解双氟磺酰亚胺锂锂盐和硝酸锂。本发明的电解液具有非常良好的抑制锂枝晶形成及改善锂金属负极循环稳定性的效果。本发明的制备工艺简单、原材料价格便宜、能耗低，适合于大规模工业化生产，适用于多种正极材料的锂金属电池，如：锂‑硫电池、锂‑磷酸铁锂电池、锂‑钴酸锂电池等。

技术领域

本发明涉及锂电池用电解液材料技术领域，具体地说是一种高浓度双氟磺酰亚胺锂-硝酸锂-1，3-二氧五环电解液及其制备方法和相应的电池。

背景技术

自从1991年首次商业化以来，锂离子电池凭借着诸多优点，在现代生活中扮演了越来越重要的角色。经过了近三十年的发展，其能量密度已经逐渐的逼近理论上的天花板，进一步的提高很困难。需要彻底革新电池的结构以及相应的材料，才有可能大幅度的改善锂电池的比能量。

这些年先后涌现出了多种新型的锂电池，主流的有锂金属-空气(氧气)电池、锂金属-硫电池、全固态锂金属电池，这几种潜在的下一代电池都不约而同的选择锂金属作为负极材料，而不是现有的石墨，原因在于金属锂具有高比容量(3860mAh/g)、纯粹的锂源以及本身即可做集流体三大优势。但是锂金属作为电池的负极材料，也面临着两大难题。第一，在电池充电时，锂离子被还原为单质以枝晶的形式沉积在锂金属负极表面，容易戳破隔膜导致电池的内部短路；第二，锂金属是极其活泼的碱金属，会与所有的有机电解液发生反应从而在表面形成一层有机-无机化合物界面层，界面层可以阻止锂金属与电解液的进一步反应，但是锂金属负极在充放电循环过程中由于体积变化大引起的界面应力，会导致界面层的破碎，导致电解液与锂金属负极持续的反应，最终随着电解液的干涸而导致电池的失效。这两大难题阻碍了锂金属电池的商业化。

目前已经报道了多种方法试图解决上述难题，如化学或物理法预制锂金属表面刚性界面层、锂金属负极合金法、固体电解质法等等，但是这些方法都存在着巨大的缺陷或引入了新的问题而无法推广。

开发一种新的电解液，如能抑制锂枝晶的形成并改善锂金属负极的循环稳定性，将具有广阔的应用前景和重大的实际意义。

发明内容

本发明的目的在于解决目前锂金属电池中锂金属负极所存在的问题，提供一种高浓度双氟磺酰亚胺锂-硝酸锂-1，3-二氧五环电解液，其由双电解质组成，能抑制锂枝晶形成和改善锂金属负极循环。

为此，本发明采用如下的技术方案：一种高浓度双氟磺酰亚胺锂-硝酸锂-1，3-二氧五环电解液，其为由双氟磺酰亚胺锂锂盐和硝酸锂-1，3-二氧五环组成的双电解质，以双氟磺酰亚胺锂锂盐作为电解液中的锂离子传输电解质，同时作为锂金属负极稳定性的改善剂，浓度在2.5-3molL^-1；硝酸锂作为锂金属负极表面钝化剂，浓度在0.5-0.8molL^-1；1，3-二氧五环作为有机溶剂，用于溶解双氟磺酰亚胺锂锂盐和硝酸锂。

本发明的另一目的是提供上述高浓度双氟磺酰亚胺锂-硝酸锂-1，3-二氧五环电解液的制备方法，其包括步骤：将双氟磺酰亚胺锂和无水硝酸锂真空干燥，在惰性气氛保护下，将双氟磺酰亚胺锂和无水硝酸锂溶解于无水1，3-二氧五环溶剂中，混合均匀，形成双电解质的混合液，混合液中双氟磺酰亚胺锂浓度为2.5-3molL^-1，硝酸锂的浓度为0.5-0.8molL^-1。

进一步地，所述的制备方法中，双氟磺酰亚胺锂和无水硝酸锂，在80-100℃真空环境中干燥45-55个小时。

进一步地，所述的制备方法中，所述的惰性气氛为氩气气氛或氮气气氛。