[发明专利]电解液及锂金属电池

说明书

本申请提供了一种电解液及锂金属电池，所述电解液包括锂盐、有机溶剂和双氟代碳酸乙烯酯，所述锂盐溶解于所述有机溶剂，不溶于所述双氟代碳酸乙烯酯，所述有机溶剂与所述双氟代碳酸乙烯酯的摩尔体积比为1：(0.1‑2)。本申请提供的电解液中，双氟代碳酸乙烯酯在电解液中具有稀释剂和添加剂的双重作用，具有良好的浸润性，能够降低高浓度电解液的粘度，还能够提升电解液和电极材料之间的界面SEI/CEI膜的均匀性和稳定性，提高锂金属电池的循环稳定性和倍率性能。

技术领域

本申请涉及电池领域，尤其涉及一种电解液及锂金属电池。

背景技术

金属锂具有极低的电极电势(–3.04Vvs标准氢电极)和超高的理论比容量(3860mAhg^–1)，是下一代高能量密度锂金属电池的理想负极材料。在锂金属电池中，由于金属锂会与传统可燃液态电解液之间会发生持续的副反应，难以在锂金属表面形成稳定的SEI膜，导致锂枝晶的生长，进而使得库伦效率的降低，甚至还会引起起火、爆炸等安全问题。同时，锂金属电池还受限于传统液态电解液有限的电化学窗口，极大地阻止了高压锂金属电池的商业化应用。因此，如何通过调控电解液组分及结构的优化构筑稳定的电解液是提高锂金属电池的安全性的关键，以及同时如何构筑优异电化学特性的SEI/CEI膜是提高锂金属电池服役寿命的关键。

为了解决锂枝晶生长带来的安全隐患，研究者们通过对电解液体系进行优化，促进其在锂金属负极表面形成稳定的SEI膜，诱导Li⁺的均匀沉积，从而抑制锂枝晶的生长。近年来，高浓度电解液(一般定义为锂盐浓度3M)受到了很多关注。高浓度电解液中，几乎所有的溶剂分子和锂盐中阴离子与锂离子发生溶剂化反应并形成溶剂化结构，主要以聚集体和接触离子对形成存在。高浓度电解液有效地提高了锂金属电池电极和电解液之间的界面稳定性、良好成膜能力、更高的离子转移数、更宽的电化学窗口、更高的热稳定性、低挥发性、良好阻燃性以及高电压下可以钝化铝集流体的能力。但是随着高浓度电解液中锂盐浓度升高，电解液的粘度增大，离子电导率低，阻碍了锂金属电池循环稳定性和倍率性能的提升。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种电解液及锂金属电池，以解决上述问题。

为实现上述目的，本申请提供了一种电解液，所述电解液包括锂盐、有机溶剂和双氟代碳酸乙烯酯，所述锂盐溶解于所述有机溶剂，不溶于所述双氟代碳酸乙烯酯，所述有机溶剂与所述双氟代碳酸乙烯酯的摩尔体积比为1：(0.1-2)。

在一些可能的实施方式中，所述有机溶剂与所述双氟代碳酸乙烯酯的摩尔体积比为1：1或1：2。

在一些可能的实施方式中，所述有机溶剂包括乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚和四乙二醇二甲醚中的至少一种。

在一些可能的实施方式中，所述锂盐包括六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、二草酸硼酸锂、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂和双氟磺酰亚胺锂中的至少一种。

在一些可能的实施方式中，所述锂盐在所述有机溶剂中的浓度为3～7mol/L。

在一些可能的实施方式中，所述锂盐在所述有机溶剂中的浓度为3～4mol/L。

在一些可能的实施方式中，在所述电解液中，所述双氟代碳酸乙烯酯的质量百分比为0.1％-90％。

在一些可能的实施方式中，在所述电解液中，所述双氟代碳酸乙烯酯的质量百分比为50％-60％。

本申请还提供一种锂金属电池，包括所述的电解液。