[发明专利]一种金属电池电解液及其制备和应用方法

说明书

本发明提供了一种金属电池电解液及其制备和应用方法。通过降低电解液中电解质金属盐的浓度，提升惰性溶剂的比例，以构建更稳定的负极固态电解质界面膜，从而提升金属电池的库伦效率、循环稳定性以及安全性，同时超低浓度电解液的使用可大大降低电解液的成本，有利于促进金属电池的实际应用。

技术领域

本发明属于金属电池液态电解液技术领域，具体涉及一种金属电池电解液及其制备和应用方法。

背景技术

储能技术是能源生产和使用过程中的重要一环，其中可充放电的锂电池作为高能量密度储能器件的代表是最关键的储能器件之一。随着电动汽车的快速发展和智能电网的大力建设，现有的锂离子电池体系已经无法满足当今社会对于可充电池高能量密度的需求，因此，具有更高能量密度的锂金属电池进入的科研工作者的视野，金属锂负极拥有最低的电极电势(-3.04V)和极高的理论比容量(3860mAhg^-1)，使得锂金属电池的能量密度有望达到500Whkg^-1。

然而，锂金属在与传统电解液接触时容易生成一层不稳定的固态电解质界面膜，从而产生不均匀的锂沉积，诱导枝晶状锂生成从而造成电池短路，电池库伦效率低等问题。通过改变电解液成分可以有效的改善电解液中锂的配位结构，从而优化锂金属表面固态电解质膜的组成，调控锂金属的均匀沉积。例如，采用高浓度的双氟磺酰亚胺锂盐(LiFSI)电解液可促进FSI^-的分解，在负极表面形成具有更高离子电导率和更优锂沉积调控能力的富无机物界面层，从而抑制锂枝晶生长，提升锂金属电池的库伦效率和循环稳定性；采用惰性溶剂与活性溶剂共混可得到局部高浓度，表观低浓度(＝1mol L^-1)电解液，具有和高浓度电解液类似的效果(High-Voltage Lithium-Metal Batteries Enabled by LocalizedHigh-Concentration Electrolytes，Adv.Mater.2018,30,1706102)。但现有的局部高浓度电解液惰性溶剂/活性溶剂体积比仍然不足，更高的惰性溶剂占比有利于Li⁺和阴离子的结合，从而利于生成阴离子诱导的富无机物界面膜，获得更高库伦效率的锂金属电池，而现有方法中的低惰性溶剂比例难以进一步提升锂金属电池的库伦效率，为进一步提升惰性溶剂在电解液中的比例，就要求提升活性溶剂中的浓度，然而，锂金属电池采用最为广泛的醚类活性溶剂溶解锂盐的能力存在上限，使得现有电解液中惰性溶剂/活性溶剂体积比仍被限制在5以内。

发明内容

本发明的首要目的是提供一种金属电池超低浓度电解液，通过降低电解液中电解质金属盐的浓度来提升惰性溶剂的比例，构建更稳定的负极固态电解质界面膜，从而提升金属电池的库伦效率、循环稳定性以及安全性，同时超低浓度电解液的使用可大大降低电解液的成本，有利于促进金属电池的实际应用，本发明提供的局部高浓度，表观超低浓度混醚电解液解决了传统单一活性溶剂电解液以及低惰性/活性溶剂比(5)的局部高浓电解液因界面问题导致的锂金属电池枝晶生长、SEI膜不稳定、电池循环性能差等问题。

本发明的具体技术方案如下：

一种金属电池电解液，包括电解质金属盐、活性溶剂和惰性溶剂，活性溶剂包括能溶解电解质金属盐，且与惰性溶剂互溶的溶剂；惰性溶剂/活性溶剂体积比≥5。

进一步地，惰性溶剂/活性溶剂体积比为5-30。进一步优选，惰性溶剂/活性溶剂体积比为5-16。

所述的金属电池电解液，所述的电解质金属盐包括：锂盐、钠盐或钾盐。

进一步地，所述的电解质锂盐包括：六氟磷酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、高氯酸锂；进一步优选为双三氟甲烷磺酰亚胺锂和双氟磺酰亚胺锂。

所述的电解质钠盐包括：六氟磷酸钠、双三氟甲烷磺酰亚胺钠、双氟磺酰亚胺钠、高氯酸钠；进一步优选为双三氟甲烷磺酰亚胺钠和双氟磺酰亚胺钠。