[发明专利]一种电解液、锂金属电池及其制备方法、用电装置

说明书

本申请实施例提供一种电解液、锂金属电池及其制备方法、用电装置，涉及电池领域。电解液包括锂盐、有机溶剂和电解液添加剂，电解液添加剂的结构包括R‑M‑X，其中，R包括烃基，M包括标准电极电位高于Li的金属，X包括阴离子或烃基，M能够和Li形成金属间化合物或合金固溶体。锂金属电池包括负极，负极包括负极集流体和覆盖于负极集流体表面的亲锂层，亲锂层包括M，M包括标准电极电位高于Li、且能够和Li形成金属间化合物或合金固溶体的的金属。电解液能改善负极表面亲锂化，促进锂均匀形核，提升锂金属电池的循环性能。

技术领域

本申请涉及电池领域，具体涉及一种电解液、锂金属电池及其制备方法、用电装置。

背景技术

节能减排是汽车产业可持续发展的关键，电动车辆由于其节能环保的优势成为汽车产业可持续发展的重要组成部分。对于电动车辆而言，电池技术又是关乎其发展的一项重要因素。锂二次电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池，是应用广泛的一类电池。锂二次电池又分为锂离子电池和锂金属电池，目前的锂金属电池在循环过程中，负极存在锂枝晶问题。

发明内容

鉴于上述问题，本申请提供一种电解液、锂金属电池及其制备方法、用电装置，能改善负极表面亲锂化，促进锂均匀形核，提升锂金属电池的循环性能。

第一方面，本申请提供了一种电解液，包括电解液添加剂，电解液添加剂的结构包括R-M-X，其中，R包括烃基，M包括标准电极电位高于Li的金属，X包括阴离子或烃基，M能够和Li形成金属间化合物或合金固溶体，M用于在电池的负极集流体表面形成亲锂层。

本申请实施例的技术方案中，使用了R-M-X作为电解液添加剂，其中R烃基中的C和M之间形成半共价键，该半共价键键能接近共价键键能，当电位达到反应电位时，该半共价键缓慢断裂，M的离子被缓慢释放出。该电解液应用于锂金属电池时，一方面，M的标准电极电位高于Li，能够比Li优先得电子从而比Li优先沉积出来，在阳极集流体表面形成亲锂层，有效增加锂沉积活性位点；另一方面，由于亲锂层中的M能够和Li形成金属间化合物或合金固溶体，M与锂离子的结合力强于集流体与锂离子的结合力，即使负极表面亲锂化，具体地，锂离子从M得到电子的过电位小于从集流体上获得电子的过电位，因此M沉积形成亲锂层的亲锂能力比集流体更强，能够降低锂在阳极上的形核过电位，减少锂局域形核，抑制枝晶形成，从而使锂均匀形核，最终提升电池性能。

在一些实施例中，电解液添加剂的质量百分比不大于10%，可选地，电解液添加剂的质量百分比为1%~10%，可选为，2%~9%，可选为3%~6%。添加少量的电解液添加剂在电池化成后能够在阳极表面形成亲锂层，达到降低锂的形核过势的作用，同时减少因电解液添加剂残留对电解液本身的影响。

在一些实施例中，M包括Mg、Al、Mn和Zn中的至少一种。各金属的标准电极电位（反应电位）均比锂的要高，能够比锂优先沉积出来，从而在集流体表面形成亲锂层；且这些金属可以和锂形形成金属间化合物或合金固溶体，即形成的亲锂层能够使负极表面亲锂化。

在一些实施例中，R为碳原子数为1~10的烃基，可选地，R包括C_nH_2n+1，n为1~10。碳原子数为1~10的烃基中的C与M之间的键能接近共价键，从而使M能够缓慢释放出来，在集流体表面形成均匀沉积的亲锂层，减少因M金属离子快速释放导致金属团聚形成岛状而引起的锂离子不均匀沉积的问题；烷烃基中的C周围均为饱和状态的单键，能够降低因引发有机基团在负极表面聚合而增大电池阻抗，造成容量损失。

在一些实施例中，X包括卤素，可选地，X选自Cl、Br、I和F中的至少一种。类格氏试剂R-M-X作为电解液添加剂，M和X之间由离子键连接，当充电电位达到反应电位时，类格氏试剂缓释出R烃基基团、M金属离子和X卤素离子，X卤素离子有利于形成稳定的界面膜SEI，且SEI含有卤化锂，能提高SEI离子电导率，有利于锂离子的均匀沉积。