[发明专利]一种局部高浓度锂金属电池电解液及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种局部高浓度锂金属电池电解液及其制备方法和应用。该电解液包括锂盐、有机溶剂、添加剂和稀释剂；所述有机溶剂包含甲酸甲酯、乙酸甲酯、丙酸甲酯、丁酸甲酯、丙酸乙酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯、三氟乙酸甲酯、三氟乙酸乙酯中的至少一种；所述添加剂包含氟代碳酸乙烯酯、二氟双草酸磷酸锂、二氟磷酸锂中的至少一种；所述稀释剂为含氟醚类化合物。该局部高浓度电解液具有高浓度电解液的耐高电压和抑制磺酰亚胺基电解液对铝箔腐蚀的优点，同时克服了高浓度电解液高粘度、低电导率以及与隔膜浸润性差等问题，显著提升锂金属电池的循环性能和低温性能，特别适合应用于低温高压锂电池。制备方法简单，成本低廉，适合工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种金属电池电解液，具体涉及一种局部高浓度锂金属电池电解液，还涉及其制备方法和应用，属于锂金属电池技术领域。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、无记忆效应等优点，广泛应用于手机、笔记本电脑等小型电子设备中。在智能电网、电动汽车等大规模储能领域也得到推广。锂金属电池因其极高的理论比容量(3860mAh/g)和最低的电化学电位(与标准氢电极相比-3.040V)而被认为是下一代高能量密度存储器件，特别是由高压正极和锂金属组装而成的高压锂金属电池受到了越来越多的关注。

但在较低温度，尤其0℃以下时，锂电池的放电容量和放电电压急剧下降，无法满足便携式电子产品和电动汽车在低温条件下日益增长的需求。同时，在锂金属电池充放电过程中，由于锂枝晶的不可控生长和库仑效率(CE)较低，限制了高压LMBs的应用。此外，随着高压正极材料的不断开发，如高镍LiNi_xCo_yMn_zO₂(x+y+z＝1)。电解液作为连接阴极和阳极的纽带，在电池系统中也起着非常重要的作用。而传统商业碳酸盐电解液氧化稳定性有限(约4.3V)，限制了其在高电压电池领域的应用。此外，在低温条件下，传统商业电解液温度操作窗口下限也较低(≥-20℃)，锂离子迁移速率降低，阻抗高，提供的容量也较小。因此，研制一种能在低温条件下与高压材料兼容的电解液就显得尤为重要。

随着锂盐浓度的增加，锂盐的阳离子和阴离子与溶剂间的相互作用增强，自由态溶剂分子的含量大大减少甚至消失，形成特殊的盐-溶剂配位结构，得到一种具有特殊结构的新型电解液，进而可以拓宽电化学窗口，提高锂离子迁移速率降低，提升反应动力学速率，从而改善锂离子电池的高压与低温性能。但是高浓度电解液仍有一定的缺点，如粘度高、离子导电性低、锂盐成本高等，也限制了其进一步的应用。局部高浓度电解液是在高浓度电解液基础上的改进，即在溶液中加入无法溶解Li⁺的“稀释剂”，以降低表观浓度。这不仅保证了高浓度电解液微观结构不被破坏，还降低了电解液的粘度和经济成本，提高了离子导电性，增加了其在低温高电压领域应用的更多可能性。

发明内容

针对现有锂金属电池电解液存在的粘度高、润湿性差、离子电导率低，低温适应性差等不足，本发明的第一个目的是在于提供一种局部高浓度锂金属电池电解液。该电解液的电化学窗口高，导电性能好，低温及高压适应性好，可广泛应用于低温、高压锂金属电池。

本发明的第二个目的是在于提供一种局部高浓度锂金属电池电解液的制备方法。该方法简单易行，成本低廉，适合工业化生产。

本发明的第三个目的是在于提供一种局部高浓度锂金属电池电解液的应用。将该电解液作为锂金属电池电解液，能够使得锂金属电池在极低温条件时放电容量高、长循环性能稳定，库伦效率高，安全性能好。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种局部高浓度锂金属电池电解液，其包括锂盐、有机溶剂、添加剂和稀释剂；所述有机溶剂包含甲酸甲酯、乙酸甲酯、丙酸甲酯、丁酸甲酯、丙酸乙酯、乙酸乙酯、丁酸乙酯、三氟乙酸甲酯、三氟乙酸乙酯中的至少一种；所述添加剂包含氟代碳酸乙烯酯、二氟双草酸磷酸锂、二氟磷酸锂中的至少一种；所述稀释剂为含氟醚类化合物。