[发明专利]一种锂金属电池的电解液

说明书

一种锂金属电池的电解液，该电解液是以酯类、醚类或醚酯共混液作为有机溶剂，其中含有摩尔浓度为1.0～5.0mol/L的锂盐，以及由硝酸锂和金属卤化物组成的添加剂。将含有该添加剂的电解液体系用于金属锂电池，能在锂负极表面形成稳定的混合离子导体界面层，最大限度避免电解液和金属锂的直接接触，减少锂枝晶生长和锂源的不可逆损失，实现锂离子在界面层的快速迁移和在电极上的均匀沉积，含有该添加剂的电解液能够明显提高金属锂的库伦效率及全电池的使用寿命，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种锂金属电池的电解液，属于锂金属电池技术领域。

背景技术

在高比能电池需求的新时代下，金属锂因其较低的电极电势(-3.04V vs标准氢电极)和超高的理论比容量(3860mAh g^-1)成为一种极具潜力的负极材料。金属锂在实用化的过程中面临着亟须解决的技术问题；首先，金属锂与电解液的热力学不稳定性容易导致金属锂表面形成不稳定的固液界面层；其次，随着充放电的进行，不稳定的固液界面会诱发锂离子的不均匀沉积，导致锂枝晶和死锂的产生；锂枝晶的存在可能刺穿电池隔膜，使得正负极发生接触和短路，具有爆炸隐患；死锂层的存在导致电池的极化增大和库伦效率的下降。

因此，针对如何解决金属锂枝晶和如何提高金属锂电极的库伦效率，研究人员提出了多种解决策略：增大电极的比表面积来降低局部电流密度(专利号：CN105845891A)；通过锂硼合金的硬度和骨架来控制金属锂的外延生长(Small,2014,10,4257)；引入二氧化硅化学成分来调控锂离子的均匀沉积(Adv.Mater.2016,28,2888)；通过电解液配方的筛选来在金属锂的表面形成稳定的固液界面层(专利号：CN105870502A)；近期，有研究人员发现，能够和金属锂发生合金行为的金属或者非金属单质能够诱导锂离子的定向反应(NatureEnergy,2016,1,16010)，从而控制金属锂的生长。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂金属电池的电解液，通过配制含有添加剂的电解液，使其能在锂负极表面形成稳定的混合离子导体界面层，最大限度地避免电解液与金属锂的直接接触，减少锂枝晶生长和锂源的不可逆损失，实现锂离子在界面层的快速迁移和在电极上的均匀沉积，从而进一步提高金属锂的库伦效率及全电池的使用寿命。

本发明的技术方案如下：

一种锂金属电池的电解液，其特征在于，所述的电解液是以酯类、醚类或醚酯共混液作为有机溶剂，其中含有锂盐，以及由硝酸锂和金属卤化物组成的添加剂。

优选地，所述电解液中锂盐的摩尔浓度为1.0～5.0mol/L；所述添加剂中硝酸锂占总电解液质量分数的0.001wt％～10.0wt％，金属卤化物占总电解液质量分数的0.001wt.％～10.0wt.％。

上述技术方案中，优选地，所述金属卤化物为氟化银、氟化铜、碘化铜、碘化银、氟化铁、氯化锌、氯化铁和氟化镍中的一种或几种的混合。

上述技术方案中，优选地，所述的酯类有机溶剂为碳酸乙烯酯或碳酸二乙酯；醚类有机溶剂为四乙二醇二甲醚和乙二醇二甲醚的一种或两种；所述的锂盐为六氟磷酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂和双氟磺酰亚胺锂中的一种或几种。

本发明相比现有技术，具有如下优点及突出性效果：①区别于传统的人工固液界面层，该添加剂的体系下能够在金属锂的表面形成离子-电子混合界面层，该界面层的形成加速了锂离子在界面处的迁移速率；②混合界面层的存在，能够均匀的调控金属锂的形核，使得锂负极表面无枝晶生成；③混合离子界面层的存在，能够利用纳米界面层的储锂功能构建金属锂的缓冲层，减小因扩散控制带来的不均匀沉积；④添加剂的造价低廉，在电解液中用量低，对于使用环境没有特殊要求。

具体实施方式