[发明专利]一种用于锂金属二次电池的电解液

说明书

本发明公开一种用于锂金属二次电池的电解液。该电解液含有锂盐，锂离子结合性强的醚溶剂A、锂离子结合性弱醚溶剂B，以及氟代醚溶剂；所述的锂盐晶格能低易在有机溶剂中解离，并能在锂金属负极处分解形成稳定的钝化层；所述醚溶剂A的氧配位空间位阻小，分子内氧原子数≥2，且碳原子数/氧原子数≤3，起到解离锂盐并运输锂离子的作用；所述醚溶剂B的氧配位空间位阻大，且分子内碳原子数/氧原子数≥8，其具有优异的抗还原能力，能够参与降低盐浓度并阻止电解液其它组分与锂金属接触；所述的氟代醚溶剂可改善醚溶剂A、B在较高锂盐浓度条件下的混溶性并协助降低锂盐浓度。本发明提供的电解液粘度低，沸点较高安全性较好，生产成本低。

技术领域

本发明属于电池技术领域，特别涉及一种用于锂金属二次电池的电解液。

背景技术

由于锂金属的理论容量高达3860mAh/g，锂金属电池因具有突出的理论能量密度，所以很有潜力会用作新一代的储能系统。虽然在同等活性材料质量下锂金属负极的储电量几乎是石墨电极的10倍，但是在对电池经过多次充放电后，重新析出的金属锂并不能均匀且致密地沉积在电极上。这种蓬松且针刺式的沉积增大了金属锂与电解液的接触面积从而加剧了两者的相互消耗，从而缩短动力电池的寿命。不断形成的针刺可能会穿透隔膜导致短路甚至起火。对于正极活性材料而言，镍钴锰三元正极材料以及含硫材料会因电解液中存在大量自由的高极性溶剂而以离子形式溶解，从而造成电池容量的快速衰减。

针对以上问题，研究人员提出了在一系列不同的解决策略，高浓度电解液含有大量的锂盐阴离子，阴离子会在负极表面分解形成致密且稳固的无机物钝化层，从而有效提高了锂的沉积剥离效率。但是高粘度、高成本、弱浸润性等一系列缺陷限制了高浓度电解液的实际应用。局部高浓度电解液是使用氟代醚稀释了的高浓度电解液，虽然极性溶剂浓度的降低有利于阻止活性材料的溶解，但是过多的稀释剂会破坏高浓度电解液原有的锂离子跳跃导电网络，使电导率明显降低。此外，部分氟代醚类溶剂挥发性强且成本高，过低浓度的锂盐也会因逐渐消耗而枯竭。

因此就目前而言，现有局部高浓度电解液也无法达到商业化要求。此外，由于锂离子的解离受到很大的限制，采用单一低粘度惰性溶剂(比如，四氢吡喃、正丙醚、异丙醚、丁醚、异戊醚)的电解液表现出了很低的锂离子电导率。对于溶剂体系而言，采用强极性的起离子解离作用的醚溶剂与抗还原能力好的弱极性醚溶剂组成混合溶剂可以在维持足够的电导率的同时，降低了与锂金属之间的反应活性。但是，在这种混合溶剂体系中加入较高浓度锂盐后部分较低极性的醚溶剂会析出并形成单一的液相，进而导致电解液无法使用。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种用于锂金属二次电池的电解液以解决现有技术中电解液与锂金属负极相容性差以及较高浓度醚类电解液混溶性差的问题。本发明提供的二次电池电解液由中等浓度的锂盐以及锂离子结合性强的醚溶剂A、锂离子结合性弱的醚溶剂B，以及一种起混溶效果的氟代醚溶剂组成的电解液体系。本发明提供的电解液可用于组装锂金属二次电池，具有较高的商业应用价值。

本发明提供的技术方案如下：

一种用于锂金属二次电池的电解液，该电解液含有混合锂盐，锂离子结合性强的醚溶剂A、锂离子结合性弱的醚溶剂B，以及高沸点氟代醚溶剂；

其中，

所述的混合锂盐晶格能低易在有机溶剂中解离，并能在锂金属负极处分解形成稳定的钝化层；

所述醚溶剂A沸点高，常温下蒸汽压较低，氧配位空间位阻小，分子内氧原子数≥2，且碳原子数/氧原子数≤3，起到解离锂盐并运输锂离子的作用；

所述醚溶剂B沸点高，常温下蒸汽压较低，氧配位空间位阻大，且分子内碳原子数/氧原子数≥8，其具有优异的抗还原能力，能够参与降低盐浓度并阻止电解液其它组分与锂金属接触；

所述氟代醚溶剂为含有较大偶极矩基团的溶剂，可改善醚溶剂A和B在较高锂盐浓度条件下的混溶性并协助降低锂盐浓度。