[发明专利]一种醚基锂电池电解液及其制备方法和应用

说明书

本发明涉一种醚基锂电池电解液及其制备方法和应用，该电解液包括锂盐、溶剂和稀释剂，其中，锂盐包括LiFSI或LiFC，溶剂包括DME或DH，稀释剂包括HFE，醚基电解质的浓度≥4mol/L。DME或DH为粘度低，电化学稳定性高，不与Li⁺溶剂化的惰性溶剂，可以很好地解决离子电导率低，影响电池的倍率性能；锂在低温时容易析出，导致低温性能差；粘度较大，难以湿润分离器，降低电池性能；以及经济成本过高，难以大规模商业应用的问题。醚基电解质的浓度≥4mol/L，局部高浓度的电解液与高浓度的电解液同样保持了良好的成层性能，使电池仍然具有抑制锂枝晶生长等优异的性能。本发明还提供了上述电解液的制备方法和含有上述电解液的锂电池。

技术领域

本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种醚基锂电池电解液及其制备方法和应用。

背景技术

金属锂的电极电压极低，为-3.04V，超高理论比容量为3860mAh/g，因此被认为是极具潜力的能源电池。但金属锂在循环过程中容易发生粉化，会影响电池的稳定性。此外，锂电池的枝晶生长可能会产生短路，从而引起安全问题，这也极大地限制了其后续的应用。对于锂电池而言，使用高浓度电解质抑制锂枝晶是目前的热门选择。但高浓度电解质存在很多问题，首先是离子电导率低，影响电池的倍率性能；其次是锂在低温时容易析出，导致低温性能差；此外，粘度较大，难以湿润分离器，降低电池性能；最后，经济成本过高，难以大规模商业应用。

随着锂离子电池的广泛应用,高电压锂离子电池体系成为研究热点。电解液作为锂离子电池中的重要组成部分，一方面传统的碳酸酯电解液在4.5V以上就会发生氧化分解；另一方面新型高电压电解液由于存在各种问题，未能得到普遍应用。而电解液在高压下的稳定性直接影响着电池的电化学性能,是制约高电压锂离子电池发展的关键因素之一。因此需要研发一种稳定的高压锂金属电池功能性电解液。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本发明提供了一种醚基锂电池电解液，该电解液具有高压稳定性好的特点。

本发明还提供了上述醚基锂电池电解液的制备方法。

本发明还提供了含有上述醚基锂电池电解液的锂电池。

本发明的第一方面提供了一种醚基锂电池电解液，包括锂盐、溶剂和稀释剂，所述锂盐包括LiFSI或LiFC，所述溶剂包括DME或DH，所述稀释剂包括HFE，所述醚基电解质的浓度≥4mol/L，所述溶剂与稀释剂的体积比为1：1～5。

本发明关于醚基锂电池电解液中的一个技术方案，至少具有以下有益效果：

本发明的醚基锂电池电解液中，包括锂盐、溶剂和稀释剂，其中，锂盐包括LiFSI，溶剂包括DME或DH，稀释剂包括HFE，醚基电解质的浓度≥4mol/L，所述溶剂与稀释剂的体积比为1：1～5。

DME或DH为粘度低，电化学稳定性高，不与Li⁺溶剂化的惰性溶剂，可以很好地解决离子电导率低，影响电池的倍率性能；锂在低温时容易析出，导致低温性能差；粘度较大，难以湿润分离器，降低电池性能；以及经济成本过高，难以大规模商业应用的问题。醚基电解质的浓度≥4mol/L，局部高浓度的电解液与高浓度的电解液同样保持了良好的成层性能，使电池仍然具有抑制锂枝晶生长等优异的性能。与整体高浓度电解质相比，局部高浓度电解质具有较低的粘度和较低的经济成本，且具有较好的电化学性能。另外，稀释剂包括HFE，由此该电解液不仅具有较好的物理性能，如低粘度和高导电性，而且还具有良好的电化学性能。其中，局部高浓度电解质是指在高盐浓度电解液中加入对锂金属电化学稳定、能和高盐浓度电解液混溶且自身不溶解锂盐的稀释剂，形成整体低盐浓度但局部高盐浓度的电解液体系，从而在有效保留了高盐浓度电解液的优良特性。

DME为二甲氧基乙烷，CAS号为534-15-6。

DH中，D代指DME，H代指HFE。