[发明专利]一种低温液态电解液和一种锂金属电池

说明书

本发明提供了锂金属电池的低温液态电解液，包括锂盐和有机溶剂，所述有机溶剂包括醚类化合物。本申请还提供了一种锂金属电池。本申请提供的液态电解质中由于独特的锂盐与溶剂组合，使得到的液态电解液与锂金属具有很好的相容性，实现了锂金属电池负极的无枝晶生长，使得锂负极有较高的恢复性和库伦效率，能够确保电池具有优异的低温下长循环性。

技术领域

本发明涉及锂金属电池技术领域，尤其涉及一种低温液态电解液和一种锂金属电池。

背景技术

由于具有较高的能量密度和优异的循环性能，锂离子电池被广泛用于可穿戴设备和电动汽车领域。然而，受限于传统锂离子电池电极材料的理论比容量，锂离子电池能量密度上升的空间已愈发有限。随着现代社会对可穿戴设备和电动汽车电池储量和续航能力提升的进一步需求，亟需开发具有高能量密度的电池体系。锂金属具有高达3850mAh g^-1的理论比容量，是锂离子电池石墨负极理论比容量的十倍，同时具有较低的密度0.534g cm^-3，以及-3.04V vs.SHE的氧化还原电位，使得以锂金属为负极的电池体系具有较高的理论能量密度(＞500Wh Kg^-1)，被视为可代替锂离子电池的下一代高能量电池体系。

然而，锂金属电池的实际应用面临着巨大的挑战，尤其是循环寿命和循环性能的制约，主要是由于锂金属负极与电解液之间存在不稳定的界面所导致的。由于锂金属具有极高的化学活性，易与电解液发生剧烈反应并生成一层有机物-无机物混合的固体电解质界面层。该层固体电解质界面层在锂金属电池循环过程中经历着动态变化，伴随着锂金属的沉积剥离，该界面层也不断地破裂重组，使得锂金属电池的内阻持续增加，造成电池极化，极大地影响锂金属电池的循环寿命和循环性能。由于该界面层的不稳定性，锂金属电池在循环过程中极易产生锂枝晶生长现象，易刺透隔膜，造成电池短路，从而引发严重的安全问题。

在复杂环境如低温环境和高温环境中，电解液的性质极易受到外界温度的影响。在低温(＜-20℃)锂金属电池中，电解液的黏度显著增大，离子电导显著降低，易产生更加不稳定的界面层，造成严重的枝晶生长引发电池短路问题。而电解液在正极发生反应的动力学也变得更加缓慢，造成严重的容量衰退导致电池失效。

因此，固体电解质界面层的稳定性至关重要，能够决定锂金属电池的循环寿命和性能。而固体电解质层的形成与电解液密切相关，电解液所使用的溶剂、溶质等会对锂金属电极表面固体电解质界面层的成分和结构产生巨大影响，进而影响锂金属电池的循环稳定性。这种影响在低温锂金属电池体系中表现的尤为明显，因此开发适用于低温锂金属电池的新型电解液十分重要。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种锂金属电池的低温液态电解液，其能够确保锂金属电池具有优异的低温长循环性能。

有鉴于此，本申请提供了一种锂金属电池的低温液态电解液，包括锂盐和有机溶剂，所述有机溶剂包括醚类化合物。

优选的，所述醚类化合物选自四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃和1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚中的一种或多种。

优选的，所述锂盐选自双氟甲烷磺酰亚胺锂。

优选的，所述醚类化合物选自四氢呋喃和1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚的混合物或2-甲基四氢呋喃和1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚的混合物。

优选的，所述有机溶剂中醚类化合物的体积分数为20～100％。

优选的，所述有机溶剂中锂盐的浓度为1～4mol/L。

优选的，所述有机溶剂中锂盐的浓度为2～3mol/L。

优选的，所述低温液态电解液适用的温度为0℃以下。

本申请还提供了一种锂金属电池，包括正极、负极和电解液，所述电解液为所述的低温液态电解液。