[发明专利]一种适用于锂金属负极二次电池的电解液

说明书

本发明提供一种适用于锂金属负极二次电池的电解液，其包含：(a)锂盐，其包括六氟磷酸锂和至少一种有机锂盐；(b)溶剂，其包含氟代碳酸酯类化合物和碳酸酯类化合物；以及(c)添加剂，其包含亚硫酸酯类化合物和/或硫酸酯类化合物以及硼酸酯类化合物和/或磷酸酯类化合物。将本发明的电解液应用于高镍三元正极材料的锂金属负极电池中能够形成强度较高且致密的固体电解质界面膜(SEI)和正极固体电解质界面膜(CEI)，有效抑制锂负极枝晶和维持三元材正极料稳定循环，同时，使用本发明的电解液的锂金属负极二次电池在低温下仍然保持较高的充放电容量。

技术领域

本发明涉及锂金属二次电池领域，具体而言，本发明涉及适用于高能量密度锂金属负极二次电池的电解液。

背景技术

随着科学技术的不断进步，对于储能装置的能量密度提出了更高的要求。传统的石墨或硅碳负极越来越难以满足不断提高的储能要求。锂金属具有最低的化学电势(-3.04V)和3860mAh/g的高理论克容量，并且锂金属具有非常高的反应活性，因此，锂金属一直以来都是储能领域的研究重点。同时，随着锂电池正极材料的不断发展进步，高镍三元材料已逐步用于现有锂金属负极二次电池。高镍三元材料具有200mAh/g以上的理论克容量，且化学电势较高，与金属锂负极搭配可以实现锂金属二次电池高能量密度，为高比能电池的研发提供可行路径。

然而，锂金属负极在实际应用过程中易在负极形成枝晶，刺穿隔膜造成电池短路，这会极大地影响锂金属二次电池的寿命和安全性。高镍三元材料在循环过程中易出现锂镍混排，过渡金属溶出等问题，这也对材料的循环寿命造成较大的影响。针对锂金属负极的保护，目前通常采用3D集流体或涂层保护的方式，但是这对环境要求较高且工艺繁琐不适用于实际生产应用。锂金属二次电池采用高镍三元作为正极使电池的充电电位较高，而现有技术中采用的诸如含氟醚类化合物之类的电解液溶剂虽然可在锂金属循环过程中起到抑制枝晶的作用，但是并不适用于高镍三元作为正极锂金属负极形成的充电点位较高的电池。

因此，本领域亟待开发适用于锂金属负极二次电池的电解液。

发明内容

本发明提供一种适用于锂金属负极二次电池的电解液，其既能在较高的电位下保持稳定，而且还可以在采用高镍三元正极材料的锂金属负极电池中形成强度较高且致密的固体电解质界面膜(SEI)和正极固体电解质界面膜(CEI)，有效抑制锂负极枝晶和维持三元材正极料稳定循环。

本发明的适用于锂金属负极二次电池的电解液，其包含：

(a)锂盐，其包括六氟磷酸锂和至少一种有机锂盐；

(b)溶剂，其包含氟代碳酸酯类化合物和碳酸酯类化合物；

(c)添加剂，其包含亚硫酸酯类化合物和/或硫酸酯类化合物以及硼酸酯类化合物和/或磷酸酯类化合物。

在本发明的一些实施方式中，所述溶剂在所述电解液中的重量百分数为70％至90％，并且所述溶剂中的氟代碳酸酯类化合物与碳酸酯类化合物的重量比不低于0.4。

在本发明的一些实施方式中，所述溶剂中的氟代碳酸酯类化合物与碳酸酯类化合物的重量比为0.4至1.0。

在本发明的一些实施方式中，所述氟代碳酸酯类化合物包括环状或是链状的氟代碳酸酯。所述碳酸酯类化合物包括环状或是链状的碳酸酯。

在本发明的一些实施方式中，所述氟代碳酸酯类化合物选自：氟代碳酸乙烯酯，双氟碳酸乙烯酯，氟代碳酸甲乙酯，氟代碳酸二甲酯和氟代碳酸二乙酯。所述碳酸酯类化合物选自：碳酸乙烯酯，碳酸丙烯酯，碳酸丁烯酯，碳酸二甲酯，碳酸二乙酯，碳酸甲乙酯，碳酸甲丙酯和碳酸二苯酯。

在本发明的一些实施方式中，所述锂盐在所述电解液中的重量百分数为9％至25％。

在本发明的一些实施方式中，在所述锂盐中，所述六氟磷酸锂与所述至少一种有机锂盐的重量比为3∶1至5∶1。