[发明专利]一种电解液及其制备方法和含有其的锂金属电池

说明书

本发明提供了一种电解液及其制备方法和含有其的锂金属电池。所述电解液包括锂盐、有机溶剂、稀释剂和添加剂，所述添加剂包括如式1所示的含一个氮的一个孤对电子的吡啶环，其中，R1～R4至少一个取代基中含有C_nF_2n+1，n≥0；所述稀释剂包括氟醚，所述有机溶剂包括磷酸酯类溶剂。本发明制备得到的电解液应用于锂金属电池中，具有高安全性能和电化学性能。

技术领域

本发明涉及锂金属电池领域，涉及一种电解液，尤其涉及一种电解液及其制备方法和含有其的锂金属电池。

背景技术

当今社会，锂离子电池已经成为我们生活中必不可少的一部分，无论是手机、蓝牙耳机、笔记本电脑或者新能源汽车，都靠锂离子电池供电。随着人们对生活品质的提高，为了满足产品对锂离子电池的能量密度要求，研发人员除了正极使用理论容量较高的材料，负极也在同步使用克容量较大的硅、铜锂复合带和锂金属等材料。但是随着正负极材料理论容量越高，电解液需要挑战的问题越大。

CN111769325A公开了一种改善高低温循环性能的锂电子电池电解液及锂离子电池，电解液中包含含硫多官能团电解液添加剂，也就是二硫代草酸硼酸锂盐或二硫代草酸磷酸锂盐，具有更低的成膜阻抗，得到的电池具有更高的循环性能。

CN105206875A公开了一种用于改善锂离子电池负极材料循环性能的电解液，有机溶剂包括环状碳酸酯和线性碳酸酯，电解液添加剂包括三(2,2,2，-三氟乙基)硼酸酯，有效提高负极材料的循序性能，充放电效率和倍率性能。

上述电解液均使用了碳酸酯类电解液，在安全性测试下(短路、穿刺、碰撞、过充、高温等)都具有可燃性，存在安全隐患，因此，寻找新的溶剂、添加剂，溶剂-溶质体系等迫在眉睫。

如何制备一种具有高安全性能和高电化学性能的电解液，是本领域重要的研究方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有高安全性能和电化学性能的电解液及其制备方法和含有其的锂金属电池。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的目的之一在于提供一种电解液，所述电解液包括锂盐、有机溶剂、稀释剂和添加剂，所述添加剂包括含一个氮的一个孤对电子的吡啶环，其中，R1～R4至少一个取代基中含有C_nF_2n+1，n ≥0，其中，n的值可以是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9或10等，但不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，所述稀释剂包括氟醚，所述有机溶剂包括磷酸酯类溶剂。

本发明选用低介电常数的氟醚作为稀释剂，有效降低电解液整体的粘度，提高电解液对极片和隔膜的浸润性，缓解极化。本发明选用含一个氮的一个孤对电子的吡啶环作为添加剂，R1～R4为全氟分子链(多氟和单氟皆可，—C_nF_2n+1,n ≥0)，R1～R4至少其中有一个连接有全氟分子链，不需要同时都有，若有两个及两个以上的全氟分子链，含氟分子数相同或不相同皆可。

本发明选用的添加剂具有以下优点：添加剂在Li表面分解，参与构建SEI，使Li很好的均匀沉积锂金属表面，有效抑制了锂金属与电解液之间的副反应；添加剂在锂金属表面分解生成较为密集的LiF和吡啶环，增强电解液与锂金属表面的电导率；吡啶环有一对孤电子充当路易斯碱，而锂的均匀沉积可以通过酸碱相互作用引导到Li⁺的空轨道，从而使锂金属表面形成一层平整而致密的膜；平坦而较密的SEI膜覆盖在锂金属表面，可以有效防止孔洞的生成，减少电解液和活性锂的损失，提高基础电解液的循环性能。

本发明选用磷酸酯类溶剂，选用不易燃的磷酸酯为溶剂，增加了电池的安全性能，磷酸酯类溶剂LUMO较低，能够增强电解液整体的还原性，而且磷酸酯类溶剂循环性能优于碳酸酯类电解液。