[发明专利]一种双功能锂金属电池电解液及其应用

说明书

本发明公开了一种双功能锂金属电池电解液及其应用，属于二次电池领域。本发明的电解液中含有单一富氟锂盐、溶解锂盐的醚酯混合溶剂以及添加剂，具有同时稳定高压正极和锂金属负极的效果；本发明引入能在正极成膜的酯类溶剂，从而能够稳定高压正极；引入醚类溶剂，一方面改善电解液的粘度，有效提升电导率和电极浸润性，进而可以改善电解液的高低温性能；另一方面能够增强锂负极的稳定性；所采用的单一富氟锂盐不仅可以与醚类溶剂有效结合抑制其分解，并且可以在锂负极成膜进一步增强锂负极的稳定性；醚类溶剂的引入可以显著提升电解液的溶解性，进而可以引入传统酯类电解液中无法溶解的高效添加剂，再次提升电池的性能。

技术领域

本发明涉及二次电池技术领域，更具体地说，涉及一种双功能锂金属电池电解液及其应用。

背景技术

由于对便携式电子产品和电动汽车的需求不断增加，人们一直在追求安全、高能量密度和可充电的电池。锂金属因其高理论比容量(3860mAh/g)和最低的氧化还原电位(-3.04V对比标准氢电极)而被认为是一种有希望进一步提高电池能量密度的负极。但是，锂金属电池的大规模应用面临着严峻的挑战，一方面锂负极在循环过程中不均匀的沉积和不稳定的界面会导致负极有限的循环寿命；另一方面正极材料在高电压时通常不稳定，结构会被破坏，从而导致活性物质的持续损失。

电解液同时与正负极相接触，被视为电池的“血液”，可以显著改善锂金属电池的循环寿命和安全性。因此，开发能够同时稳定锂负极和高压(高于4V)正极的双功能电解液对锂金属电池的实际应用具有重要意义。目前行业内研究普遍认为，醚类溶剂通常具有较低的氧化电位，因此醚类溶剂通常无法直接用于高压锂金属电池。与常规碳酸酯电解质相比，醚类对锂金属负极具有更好的稳定性，因此研究人员一直在尝试将醚类溶剂引入高压锂金属电池中。例如中国科学技术大学的焦淑红、任晓迪等人设计了一种浓缩的双盐/醚类电解液，通过增大锂盐浓度来减少自由的醚类分子，从而抑制醚的分解，使其在高电压下具有一定的稳定性，(NATURE ENERGY.2018,18-199-8)。然而，增大锂盐浓度会提升电解液的成本和粘度，降低浸润性和电导率，不利于电解液的实际应用。

因此，为实现锂金属电池的实际应用，在不显著改变锂盐浓度的基础上，开发出一种能够同时稳定锂负极和高压正极的双功能锂金属电池电解液显得愈发重要。

经检索，申请号为2019111920541的申请案公开了一种稀释的混合锂盐的锂硫电池电解液，含有混合锂盐、溶解混合锂盐的溶剂和稀释剂，溶剂混合锂盐的溶剂优选地为酯类或醚类溶剂，稀释剂优选地为氟代醚类化合物或芳香类化合物。该电解液通过加入不同的锂盐按一定比例混合达到兼顾锂负极保护和硫正极容量发挥的双重功效。申请号为2013107367229的申请案公开了一种含双硼亚胺锂锂盐的电解质溶液，含双硼亚胺锂、其他锂盐、碳酸酯类和/或醚类有机溶剂和其他功能添加剂，能大大提高电解质溶液的低温性能。但并不涉及上述提到的目前锂金属电池电解液锂负极稳定性和高压性能的问题。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于针对目前的锂金属电池用电解液无法同时满足锂负极稳定性和高压性能的问题，开发了一种双功能锂金属电池电解液及其应用，本发明的电解液，通过合理设计锂盐成分、溶剂组成、添加剂成分，实现了可使锂金属电池在高电压条件下可以稳定循环的双功能电解液，相较于传统的电解液，不仅可以在正极成膜防止电解液在高压下的分解和正极结构的破坏，而且对锂负极同样具有优异的稳定性，从而得到一种耐高压、对锂负极稳定的双功能锂金属电池电解液，具有重大的应用价值。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种双功能锂金属电池电解液，其特征在于：该电解液中含有单一富氟锂盐、用于溶解锂盐的由醚类溶剂和酯类溶剂组成的醚酯混合溶剂，以及添加剂。