[发明专利]一种含芳香类化合物作为稀释剂的锂金属电池电解液

说明书

本发明涉及一种含芳香类化合物作为稀释剂的锂金属电池电解液，属于锂金属电池技术领域。该电解液含有锂盐、溶解锂盐的溶剂和稀释剂，所述稀释剂为芳香类化合物；所述稀释剂用于抑制锂金属电池中的锂金属负极在循环过程中由于不均匀沉积而产生的锂枝晶，并用于抑制锂金属电池中的锂金属负极与电解液反应。本发明通过加入芳香类稀释剂稀释高浓度锂盐电解液，从而提高电解液中锂盐的溶剂化结构来加快锂离子传输，减少锂金属表面局部电流密度不均匀的程度，均一化锂金属沉积从而抑制了锂金属表面枝晶的生长，并且该电解液具有高的电导率，低的粘度，良好的浸润性，能够有效提高锂金属电池的库伦效率，从而大大延长其循环寿命。

技术领域

本发明属于锂金属电池技术领域，特别涉及一种含芳香类化合物作为稀释剂的锂金属电池电解液。

背景技术

金属锂因为其具有较高的比容量(3860mAh/g)和最低的电位(-3.04V对比标准氢电极)。金属锂作为负极可用于锂硫电池，锂空电池，嵌入式正极锂电池和锂氧化物正极电池等，是高能量密度二次电池研究的热点。但是，锂金属负极在循环过程中发生的锂枝晶生长和SEI膜破裂分别给金属锂电池带来了安全性与循环性问题，影响了锂金属负极的发展与商业化。

对于金属锂负极的解决方法主要在于控制锂沉积的形貌和构成较为稳定的SEI膜上面。从以上两点出发，清华大学的张强等人通过在含硝酸锂的LiTFSI盐电解液中添加了多硫化物(Li₂S_x)来形成强化晶界的SEI膜，由此提高锂离子的传输速率从而得到均一的沉积表面(Energy Storage Materials 2018 10:199-205)。但是这种方案并不可以一劳永逸，添加剂在不断地被消耗后便无法保持性能。美国太平洋西北国家实验室的张继光等人开发了局部高浓度电解液，通过加入多氟代醚稀释高浓度锂盐的电解液，从而提高电解液中溶剂化结构来加快锂离子传输，均一化锂金属沉积从而抑制了锂金属表面枝晶的生长(Adv Mater 2018 30(21):e1706102)。但由于多氟代醚的生产成本过高，该类电解液很难应用于实际生产中。因此，寻找新型低成本的稀释剂是解决锂金属负极问题的重要手段。

发明内容

本发明解决了锂金属负极在循环过程中的不均匀沉积产生的锂枝晶现象，以及锂金属负极与电解液反应产生的死锂从而降低循环性能的现象，尤其是常规电解液成本居高不下的问题。本发明采用含芳香类化合物作为稀释剂的锂金属电池电解液，从而提高电解液中锂盐的溶剂化结构来加快锂离子传输，减少锂金属表面局部电流密度不均匀的程度，均一化锂金属沉积从而抑制了锂金属表面枝晶的生长，并且该电解液具有高的电导率，低的粘度，良好的浸润性，能够有效提高锂金属电池的库伦效率，从而大大延长其循环寿命。

按照本发明的目的，提供了一种含芳香类化合物作为稀释剂的锂金属电池电解液，该电解液含有锂盐、溶解锂盐的溶剂和稀释剂，所述稀释剂为芳香类化合物；所述稀释剂用于改变电解液的溶剂化作用，增加稳定的自由溶剂分子，从而能够抑制锂金属电池中的锂金属负极在循环过程中由于不均匀沉积而产生的锂枝晶，并能够抑制锂金属电池中的锂金属负极与电解液反应。

优选地，所述芳香类化合物为苯、卤代苯、卤代苯同系物、卤代苯异构体、烷烃苯、烷烃苯同系物和烷烃苯异构体中的至少一种。

优选地，所述卤代苯为氟苯、甲基氟苯、氯苯、溴苯、二氟苯、三氟苯、四氟苯、五氟苯或六氟苯；所述卤代苯异构体为二氟苯异构体、三氟苯异构体、四氟苯异构体或甲基氟苯异构体；所述烷烃苯为甲苯或乙苯。

优选地，所述锂盐为六氟磷酸锂、高氯酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂和六氟砷酸锂中的至少一种。

优选地，所述电解液中的锂盐浓度为0.5mol/L～5mol/L。

优选地，所述溶解锂盐的溶剂为酯类溶剂和醚类溶剂中的至少一种。