[发明专利]一种锂离子电池电解液及含该电解液的锂离子电池

说明书

本发明涉及一种锂离子电池电解液及含该电解液的锂离子电池，属于能源材料技术领域，该电解液含有六氟磷酸锂、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯和辛基酚聚氧乙烯醚。通过合理控制该电解液中辛基酚聚氧乙烯醚的含量及种类，使得最终形成的电解液具有优异的亲锂性能，并与锂离子结合形成稳定的聚醚/锂络合物，从而能够调控锂离子均匀沉积。同时，形成的聚醚/锂络合物还能自组装形成模板用于构建稳定的SEI膜，从而限制锂枝晶的生长，延长锂负极的循环寿命。通过控制电解液中辛基酚聚氧乙烯醚的含量，降低电解液的粘度，进而提升Li⁺在充放电过程中的传输，提高锂负极对高电流密度的容忍性。含有该电解液的锂离子电池具有卓越地循环性能和倍率性能。

技术领域

本发明属于能源材料技术领域，具体涉及一种锂离子电池电解液及含该电解液的锂离子电池。

背景技术

随着现代社会对便携设备、电动汽车和大规模电网储能需求的不断增加，刺激了对高能量密度锂电池快速深入的研发。Li-O₂和Li-S电池由于具有高容量的正极并结合最高容量的金属锂负极而吸引了越来越多的关注，但随着对Li-O₂和Li-S电池的深度研究，发现限制它们商业化的巨大障碍实际是金属锂负极存在的问题，而不是其正极。其中，金属锂负极主要存在的问题是锂枝晶的生长，无限的体积变化以及固液界面膜(SEI)的极度不稳定。在过去的数十年，研究者们发展了一些策略来解决金属锂负极存在的挑战，例如用金属锂合金替代金属锂作为负极，设计二维和三维材料负载金属锂，改性隔膜，研发新的电解液或者优化电解液的成分，以及人为地构建一个坚固的、电化学稳定的金属锂负极保护层等，在以上的解决方案中，改性电解液成分来构建一个稳定坚固的SEI膜，不仅可以有效地抑制锂枝晶的生长，减少电解液的不断消耗，还能有效地避免像改性隔膜，构建人工保护层等带来的增加成本和降低电池比能量密度的缺点。

聚氧乙烯(PEO)类化合物作为一种极具发展前景的固体聚合物电解质，在锂电池领域的研究已有几十年的历史(Journal of the Electrochemical Society,1998,145,2340-2348；Angew.Chem.Int.Ed.2014,53,3631-3635；Angew.Chem.Int.Ed.2014,55,2521-2525)。因为聚氧乙烯上的醚链可以与锂离子结合形成PEO/Li盐复合物，并且Li⁺在由PEO链形成的纳米通道中的定向移动还能加速Li⁺的传输从而提高离子电导率，因此将PEO类化合物用作电解液添加剂去调节Li⁺均匀沉积，获得导电的离子表面从而解决锂枝晶生长的问题是高度可行的。已有研究者尝试将一种PEO化合物聚乙二醇二甲醚(PEGDME)作为电解液添加剂应用于保护锂负极(Journal of the Electrochemical Society,1998,145,2340-2348)，其循环稳定性能得到一定提升。但由于未形成一层稳定的SEI膜，使得电解液不断消耗，因此所组装的锂电池不能保持长循环寿命。因此，寻求一种有效的PEO电解液添加剂，一方面结合Li⁺，使锂沉积均匀；另一方面，形成了一个坚固稳定的SEI膜，避免添加剂和电解液的不断消耗；不仅是电解液改性策略上的技术革新，而且对金属锂电池电解液添加剂地筛选还具有理论指导意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种锂离子电池电解液；目的之二在于提供含有该电解液的锂离子电池。本发明受重庆市自然科学基金项目资助，资助项目号：cstc2019jcyj-msxm1407；受重庆市教委科学技术研究项目青年项目资助，资助项目号：KJQN201800808。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1、一种锂离子电池电解液，所述电解液含有六氟磷酸锂、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯和辛基酚聚氧乙烯醚。

优选的，所述电解液中辛基酚聚氧乙烯醚的体积分数为5-8％。