[发明专利]一种含醚的电解液及其用途

说明书

本发明涉及电池电解液领域，针对无法制备兼具高电压耐受条件下具有高库伦效率的锂基电池的技术空缺的问题，公开了一种含醚的电解液及其用途，所述电解液含有含硼锂盐、含醚键的非水有机溶剂和不溶解锂盐的惰性非水有机溶剂；其中含醚键的非水有机溶剂的体积分数为50～80 vol％，不溶解锂盐的惰性非水有机溶剂的体积分数为50～20 vol％；所述锂盐在有机溶剂中的摩尔浓度为2.5‑6 mol/L；所述含醚键的非水有机溶剂选自醚类、酯醚类、腈砜醚类中的任意一种或多种。该电解液可实现高电压锂金属电池（最高可至4.6V）的稳定循环以及超高的锂金属负极侧库伦效率（99.34%），有效提高了电池的循环性能和安全性。

技术领域

本发明涉及电池电解液领域，尤其是涉及一种含醚的电解液及其用途。

背景技术

锂电池在智能手机、无人飞行器、混合动力电动车方面有着广泛的应用，但随着社会的发展，传统的锂离子电池已经难以满足需求。金属锂具有电势低（-3.04V vs标准氢电极）和比容量高（3860mAh/g）的优势，是一种非常优异的负极材料，但是金属锂负极在充电的过程中存在锂枝晶的问题，锂枝晶会引起两方面的问题：锂枝晶生长到一定的程度后发生断裂成为死锂，导致电池容量衰减；锂枝晶不断生长，最终会刺穿隔膜，导致正负极短路，引发热失控。

目前应用于锂金属电池的主流电解液分为酯类和醚类电解液两种。醚类电解液相比于酯类电解液对锂金属适配性更好，从而引起广泛关注。然而醚类电解液依旧存在着难以解决的问题：（1）与锂金属电极匹配库伦效率低（98.5%）；（2）含醚类电解液由于含有醚键（C-O-C），在高电压下（4.2 V）会在裸露的正极表面发生氧化分解。其中，锂金属电池中库伦效率的定义为，金属锂首次沉积到铜箔上的电量与第二次从铜箔上剥离的锂金属的电量的比值，当比值为100%时，即锂金属为完全可逆，没有电量损失；但由于锂金属侧副反应无法抑制，目前已知库伦效率极限为98.5% [Energy Environ. Mater., 3: 160-165； ACSEnergy Letters 2019 4 (2), 411-416]。除此之外，由于醚类电解液含有醚键（C-O-C），在机理上当电压超过4.2 V即会发生严重分解[Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 5301.]，导致电池库伦效率降低甚至损坏，所以醚类电解液无法用于超高压电池（4.5 V）。目前的工作均无法解决以上两个问题。

因此，在制备兼具高电压耐受条件下具有高库伦效率的锂基电池具有较大的技术空缺，对其进一步探究并突破具有重大的意义。

发明内容

本发明针对上述问题，提供了一种含醚电解液及其用途，该电解液可实现高电压锂金属电池（最高可至4.6V）的稳定循环以及超高的锂金属负极侧库伦效率（99.34%），有效提高了电池的循环性能和安全性。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种含醚的电解液，其特征在于，所述电解液含有含硼锂盐、含醚键（C-O-C）的非水有机溶剂和不溶解锂盐的惰性非水有机溶剂；其中含醚键（C-O-C）的非水有机溶剂的体积分数为50～80 vol％，不溶解锂盐的惰性非水有机溶剂的体积分数为50～20 vol％。