[发明专利]一种锂金属电池电解液及其制备方法与应用

说明书

本发明属于锂电池相关技术领域，其公开了一种锂金属电池电解液及其制备方法与应用，所述锂金属电解液含有混合添加剂，所述混合添加剂是硝酸锂溶解于碳酸乙烯酯溶剂得到的。该电解液含有硝酸锂与碳酸乙烯酯组成的添加剂，能使其在金属锂负极表面形成稳定的固态电解质界面膜，最大程度地减少金属锂与电解液之间的直接接触面积，实现锂离子在界面处的均匀沉积，从而进一步抑制锂枝晶的生长和提高金属锂电池循环寿命。此外，锂金属电池电解液可以在金属锂表面形成稳定的固态电解质界面膜，该界面膜可以最大限度地减少电解液与金属锂的直接接触面积，调控金属锂的均匀成核，加速锂离子在界面处的迁移率，从而抑制锂枝晶的形成和死锂的产生。

技术领域

本发明属于锂电池相关技术领域，更具体地，涉及一种锂金属电池电解液及其制备方法与应用。

背景技术

锂离子电池自从1991年被索尼公司商业化以来，其凭借着无记忆、循环性能好以及比能量高等诸多优点被广泛的应用于航空航天、移动电子设备、深海勘探以及电动车等领域。在新能源战略发展策略的提出为前提，推广和普及电动汽车来减少内燃机汽车产生尾气污染为背景下，人们对电池能量密度的要求日益增高。经过研究人员的不懈努力，虽然商业化的石墨负极基本已达到了其极限容量，但因其本征结构特性仍无法满足消费者对于电动汽车长的续航里程的需求(400Wh kg^-1)。锂金属负极因其低的电极电势(-3.04V)和高的理论比容量(3860mAh g^-1)成为了最具有潜力的高能量密度电池体系的负极。

但是锂金属在实用化的过程中仍存在如下问题需要解决：金属锂由于极低的电极电势以及较高的反应活性，容易与电解液发生不可逆的电化学反应，在其表面生成一层不稳定的固态电解质界面膜；而在随后的充放电过程中，不稳定的固态电解质界面膜会导致不均匀的锂离子沉积，从而产生锂枝晶和死锂；最终枝晶和死锂的形成会降低电池的库伦效率和循环寿命，且生成的锂枝晶可能会刺穿隔膜，进而引发安全隐患。此外，尽管醚类溶剂可以在金属锂负极表面形成稳定的固态电解质界面膜，而且硝酸锂在醚类溶剂中具有高的溶解度(例如乙二醇二甲醚可溶解约为1.0mol/L的硝酸锂)，但其窄的电化学窗口(4.0Vvs Li/Li⁺)阻碍了其在高压正极电池体系中的应用，而碳酸酯类溶剂，例如：碳酸二乙酯、氟代碳酸乙烯酯等几乎不溶解硝酸锂。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种锂金属电池电解液及其制备方法与应用，其为了解决锂金属负极在循环过程中易生长锂枝晶、易形成死锂，而导致金属锂电池循环寿命短、库伦效率低以及安全性差的问题，该电解液含有硝酸锂与碳酸乙烯酯组成的添加剂，能使其在金属锂负极表面形成稳定的固态电解质界面膜，最大程度地减少金属锂与电解液之间的直接接触面积，实现锂离子在界面处的均匀沉积，从而进一步抑制锂枝晶的生长和提高金属锂电池的循环寿命。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种锂金属电池电解液，所述锂金属电解液含有混合添加剂，所述混合添加剂是硝酸锂溶解于碳酸乙烯酯溶剂得到的。

进一步地，所述锂金属电解液还含有基础电解液，所述混合添加剂与所述基础电解液混合得到所述锂金属电解液，所述混合添加剂与所述基础电解液的体积比为1：99～90：10。

进一步地，所述混合添加剂中所述硝酸锂的含量为0.01wt％～10.0wt％。

进一步地，所述基础电解液是由锂盐和溶剂构成的，锂盐在所述基础电解液中的浓度为0.5mol/L～3.0mol/L。

进一步地，所述锂金属电解液中硝酸锂的含量为0.01wt％～5.0wt％，锂盐的浓度为0.2mol/L～2.0mol/L。

进一步地，所述锂盐为六氟磷酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双亚胺锂、二草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、六氟砷酸锂中的一种或者几种；所述溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸亚乙烯酯中的一种或者几种。