[发明专利]一种有机酯类电解液添加剂及含该添加剂的电解液及锂金属电池和应用

说明书

本发明公开了一种有机酯类电解液添加剂及含该添加剂的电解液及锂金属电池和应用，所述有机酯为钛酸四乙酯、钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯、硅酸四乙酯中的一种或一种以上。所述电解液包括电解质锂盐、非水有机溶剂和上述添加剂，添加剂的浓度为1％～50％，所述锂金属电池包括正极、负极、隔膜和上述电解液。本发明是在传统的锂离子电池电解液的基础上添加一定量的有机酯类电解液添加剂，以提高电池在充放电过程中的循环稳定性和抑制锂金属电池在循环过程中锂枝晶的产生，从而提高锂金属电池的安全性。

技术领域

本发明属于锂金属电池技术领域，具体涉及一种有机酯类电解液添加剂及含该添加剂的电解液及锂金属电池和应用。

背景技术

电动汽车和电网的快速发展对电池储能系统提出了更高的要求。锂金属的超高理论比容量(3860mA·h/g)和极低的负电势(-3.04V vs.标准氢电极)，是下一代高能量密度可充电锂离子电池(LIB)的所有潜在阳极材料中的“圣杯”电极。然而，诸如液态电解质严重腐蚀，不均匀的锂沉积，巨大的体积膨胀以及不稳定的固体电解质界面膜(SEI)等问题通常会导致锂金属阳极不稳定，从而阻碍了其实际应用。其中，锂的不均匀沉积会导致生成苔藓状或树枝状的锂，锂枝晶的生长会导致电池内部发生短路，进而可能形成热失控，引发潜在的着火爆炸的风险。因此需要开发设计一系列保护锂金属阳极的策略，以抑制锂金属电池循环过程中的锂枝晶的生长，从而提高锂金属电池的循环寿命及安全性能。

近几十年来，已经开发了多种新型策略来抑制金属锂负极的枝晶生长，诸如设计合金化结构、采用电解液添加剂、使用固态电解质以及金属锂的负极结构设计。由于电解液的修饰不需要大幅度的更改电极和电池制造工艺，在经济上可行性较高，因此，大量的研究工作都针对电解液开展，以寻找最佳的电解液组成。例如已经应用在锂离子电池中的碳酸亚乙烯酯(VC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)和亚硫酸亚乙酯(ES)等。这些已经应用在锂离子电池电解液中的常规添加剂已转移到具有插层型阴极的可充电锂金属电池中，希望能够保持其在锂离子电池中所展示的有益特性。除此之外，两性离子化合物、卤化锂盐、表面活性剂以及离子液体等也已经应用在锂金属电池电解液中。诸如此类，电解液添加剂的筛选与测试仍是广大科研工作者努力去探索的，其作用主要包括稳定锂金属阳极和增加放电容量等。因此，为了克服上述可充电锂金属电池的困境，在电解质添加剂方面的大力努力是非常必要的。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种有机酯类电解液添加剂及含该添加剂的电解液及锂金属电池和应用，在传统的锂离子电池电解液的基础上添加一定量的有机酯类电解液添加剂，以提高电池在充放电过程中的循环稳定性和抑制锂金属电池在循环过程中锂枝晶的产生，从而提高锂金属电池的安全性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种有机酯类电解液添加剂，所述有机酯为钛酸四乙酯、钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯、硅酸四乙酯中的一种或一种以上。

一种电解液，包括电解质锂盐、非水有机溶剂，以及上述的有机酯类电解液添加剂。

优选地，所述有机酯类电解液添加剂在电解液中的浓度为1％～50％。

优选地，所述电解质锂盐为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、三氟氯化硼酸锂、四氰硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、二草酸硼酸锂、二氟硫酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、三氟甲基磺酰亚胺锂、氟烷基膦酸锂中的一种或一种以上。

优选地，所述电解质锂盐在电解液中的浓度为0.8～1.5mol/L。

优选地，所述非水有机溶剂为环状的有机溶剂和链状的有机溶剂组成的混合溶剂。

优选地，所述环状的有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯中的一种，所述链状的有机溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、乙酸乙酯中一种或两种。

优选地，所述环状的有机溶剂的体积含量占电解液总体积的25％～50％。