[发明专利]一种碳酸酯类电解液及金属锂电池

说明书

本申请提供了一种碳酸酯类电解液，包括锂盐、硝酸盐、助溶剂和溶剂，所述助溶剂包括冠醚及其衍生物，其中，所述助溶剂的分子结构中具有空穴，所述硝酸盐中阳离子的直径D1与所述助溶剂中空穴的直径D2之间的比值为0.7‑1.3。本申请提供的电解液中助溶剂有助于提高硝酸盐的溶解度，并能够与硝酸盐中阳离子结合形成稳定的配位化合物，提高金属锂电池的库伦效率。本申请还提供一种由所述碳酸酯类电解液制备的金属锂电池。

技术领域

本申请涉及锂金属二次电池的技术领域，尤其涉及一种碳酸酯类电解液及金属锂电池。

背景技术

锂金属负极具有较高的理论比容量(3860mAh g^-1)和较低的电极电势(-3.04V)，因此可作为具有最高理论能量密度的金属离子电池的理想负极，具有巨大的开发潜力。然而，锂金属负极在充放电过程中容易形成锂枝晶而导致电池短路，而且表面固态电解质界面(SEI)破裂会导致电解液消耗和库伦效率降低等问题。

通常，可采用向电解液中加入添加剂(如硝酸盐)的方式，调解锂离子沉积行为，提升SEI的锂离子电导率，改善SEI的物化性质，抑制锂枝晶的生长。然而，由于硝酸盐在碳酸酯类电解液中的溶解度较低，一般只能应用于醚类电解液中，而醚类电解液的氧化截止电压较低，不能和高压正极材料匹配，因此限制了其在高能量密度的金属锂电池中的应用。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种能够提高硝酸盐在碳酸酯类电解液中的溶解度的电解液。

另外，还有必要提供一种由上述电解液制备的金属锂电池。

为实现上述目的，本申请提供了一种碳酸酯类电解液，包括锂盐、硝酸盐、助溶剂和溶剂，所述助溶剂包括冠醚及其衍生物，其中，所述助溶剂的分子结构中具有空穴，所述硝酸盐中阳离子的直径D1与所述助溶剂中空穴的直径D2之间的比值为0.7-1.3。

在一些可能的实现方式中，D1与D2的比值为0.9-1.1。

在一些可能的实现方式中，所述硝酸盐为硝酸锂、硝酸钠、硝酸钾、硝酸铷、硝酸铯、硝酸镁、硝酸钙、硝酸锶及硝酸钡中的一种或多种。

在一些可能的实现方式中，所述冠醚为12-冠-4，15-冠-5，18-冠-6及21-冠-7中的一种或多种。

在一些可能的实现方式中，在所述碳酸酯类电解液中，所述硝酸盐的浓度为0.05-1mol/L，所述助溶剂的浓度为0.025-3mol/L。

在一些可能的实现方式中，所述锂盐为六氟磷酸锂、双三氟甲磺酰亚胺锂、三氟甲磺酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、六氟砷酸锂、双(全氟乙基磺酰)亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、双草酸硼酸锂、(三氟甲基磺酰)亚胺锂及(正全氟丁基磺酰)亚胺锂中的一种或多种。

在一些可能的实现方式中，所述溶剂为碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、γ-丁内酯、乙酸乙酯、甲酸甲酯、四氢呋喃、2-甲基-四氢呋喃、二甲氧基甲烷、1，2-二甲氧基乙烷、乙腈、戊二腈、己二腈、磷酸三甲酯、环丁砜、甲乙砜、3-(甲基磺酰基)-1-丙烯及3-(甲基磺酰基)-1-丙炔中的一种或多种。

本申请还提供一种金属锂电池，包括正极、负极以及设于所述正极和所述负极之间的隔膜，所述金属锂电池还包括所述的碳酸酯类电解液。

本申请中提供的碳酸酯类电解液中，硝酸盐为电解液提供硝酸根离子和阳离子，助溶剂易于阳离子发生配位反应，形成冠醚-阳离子配位化合物，使得电解液中游离出更多的硝酸根离子，提高硝酸盐的溶解度。因此，使得硝酸盐可以应用于碳酸酯类电解液中，

附图说明

图1为实施例1中锂沉积10min的锂晶核的扫描隧道显微镜图。

图2为实施例1中锂沉积2h的扫描隧道显微镜图。