[发明专利]一种用于金属锂二次电池的双盐体系电解液及制备方法

说明书

本发明属于化学电源技术领域，特别是一种用于金属锂二次电池的双盐体系电解液及制备方法。双盐体系电解液含有酯类有机溶剂、醚类有机溶剂、锂盐电解质和添加剂；电解质摩尔浓度为1～4mol/L；添加剂质量分数为含电解质电解液质量的0.1％～10％。采用本发明的电解液，在金属锂为负极、镍钴锰酸锂、钴酸锂、富锂锰基氧化物为正极的锂二次电池体系中，能明显提升电解液正极抗氧化能力及金属锂负极保护能力，并同时具备保护正极铝集流体的作用，提升金属锂二次电池循环寿命。

技术领域

本发明属于化学电源技术领域，特别是一种用于金属锂二次电池的双盐体系电解液及制备方法。

背景技术

近年来，随着能源需求多样化的发展，对高能量密度、长循环寿命能源存储系统提出了更高的要求。金属锂具有最高的理论容量(3860mAh/g)和最负的电化学电位(-3.04V)。与现有的锂离子电池负极材料相比，金属锂负极在满足高能量密度需求方面具有巨大潜力。尽管金属锂负极呈现出优越的理论容量和能量密度，但其在应用过程中由于界面的不稳定性存在以下问题：(1)锂枝晶生长带来的安全性问题；(2)不可逆的副反应导致活性材料的快速损失和电池阻抗的快速增加；(3)金属锂“无宿主”的性质导致电极的粉化，在循环过程中造成无限制的体积膨胀和收缩。对于金属锂负极界面稳定性的研究工作，科研工作者分别从电解液改性、高浓度电解液、界面保护层、结构化电极等方面进行研究。人工构建界面保护层及结构化电极的实现过程通常较为复杂，且目前相关研究均停留在小面积负极水平，难以实现大面积工程化应用。目前金属锂二次电池适配电解液优化是改善金属锂负极循环稳定性能的有效手段，并且通过电解液优化改良金属锂负极界面稳定性，提升其循环性能的方法一致性较高，易于实现工程化应用，在未来高比能金属锂体系电池的应用实现方面具有巨大潜力。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的之一在于提供了一种用于金属锂二次电池的双盐体系电解液，所述双盐体系电解液含有酯类有机溶剂、醚类有机溶剂、锂盐电解质和添加剂；所述酯类有机溶剂包括碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、乙酸乙酯、二氟乙酸甲酯、二氟乙酸乙酯中的一种或多种的混合；酯类有机溶剂体积分数为40～70％；

所述醚类有机溶剂包括二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚中的一种或多种的混合；醚类溶剂体积分数为30～60％；

其中，所述锂盐电解质包括二氟磷酸锂、六氟磷酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、二氟草酸硼酸锂、二草酸硼酸锂中的任意两种的混合；锂盐在电解液中的浓度为1～4mol/L，熔融温度为-60～120℃，离子电导率为1～10mS/cm；

所述添加剂包括1,3-丙磺酸内酯、1,3-丙烯磺酸内酯、硫酸亚乙酯、碳酸亚乙烯酯、亚磷酸三苯酯、三(三甲基硅烷)磷酸酯、三(三甲基硅烷)硼酸酯中的一种或多种的混合。

所述双盐体系电解液含有酯类有机溶剂、醚类有机溶剂、锂盐电解质和添加剂。所述双盐体系电解液在金属锂负极生成富含氟的固态电解质界面膜(SEI)，通过含氟界面的保护作用，从而实现金属锂二次电池长寿命循环过程中的界面稳定性。所述双盐体系电解液通过添加剂的引入在镍钴锰酸锂、钴酸锂、富锂锰基氧化物等高电压正极表面生成高电位稳定的电解质界面膜(CEI)，从而实现金属锂二次电池宽工作电压范围及高能量密度。

本发明的另一目的在于提供了上述金属锂二次电池的双盐体系电解液的制备方法，该方法包括如下步骤：

在惰性气体保护下，将复合双锂盐电解质、添加剂添加到酯类溶剂中，并在25～40℃范围内搅拌0.5～3h，待锂盐及添加剂溶解后，向电解液中加入醚类有机溶剂，并在25～40℃范围内搅拌0.5～1h。