CN112216865A - 一种锂金属电池电解液及锂金属电池 - Google Patents

一种锂金属电池电解液及锂金属电池 Download PDF

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Abstract

本发明涉及锂离子电池技术领域，公开了一种锂金属电池电解液及锂金属电池。本发明的锂金属电池电解液包含锂盐、非水性有机溶剂和添加剂，所述锂盐中包括含氮锂盐I，烷基含硫锂盐II和草酸锂盐化合物III，添加剂中至少含有一种含氟化合物M。本发明中含氮锂盐I作为主盐起着传输离子和传导电流的作用，烷基硫酸锂盐II有利于兼顾高低温性能和降低界面阻抗，草酸锂盐化合物III可以在正负极表面形成钝化层，通过在正负极界面构筑草酸结构的界面膜，提升SEI膜的稳定性，从而提升循环性能，含氟化合物M可减少锂金属负极电池的不均匀性锂枝晶产生，对锂离子的聚合产生了隔离效应，从而大幅降低锂枝晶产生的几率。

Description

一种锂金属电池电解液及锂金属电池
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，具体是涉及一种锂金属电池电解液及锂金属电池。
背景技术
锂金属负极具有较高的理论容量和最低的电化学电位，但其存在的安全问题和循环性能缺陷是其不能大量商用的主要原因。随着人们对高能量密度电池体系的关注，以及材料技术和工艺水平的进步，使锂金属负极重回人们的视野。对于锂金属负极最大的问题是Li倾向于以枝晶状形式沉积造成内部短路，Li阳极过电势的逐渐增加导致循环期间的容量衰减。金属锂电池负极的SEI膜应具有高的离子电导率和好的电子阻挡能力，一方面需要提高SEI膜的通透性，具有较低的电荷转移内阻，同时需要防止锂离子在金属上面的聚集抑制锂枝晶的形成。而现有技术的锂金属电池电解液并不能满足这些要求。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供了一种锂金属电池电解液及锂金属电池，该电解液中包含三种锂盐，具体的包括含氮锂盐I，烷基硫酸锂盐II和草酸锂盐化合物III，还含有至少一种含氟化合物M添加剂。本发明主要通过上述三类锂盐和含氟化合物M组成的电解液促使锂均匀的沉积在负极表面，减少锂枝晶的产生，从而提升电池循环性能。
具体的，为达到本发明的目的，本发明的锂金属电池电解液包含锂盐、非水性有机溶剂和添加剂，所述锂盐中包括含氮锂盐I，烷基含硫锂盐II和草酸锂盐化合物III，添加剂中至少含有一种含氟化合物M。
优选地，所述含氮锂盐I为双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、(三氟甲基磺酰)(全氟丁基磺酰)亚胺锂、(氟磺酰)(三氟甲烷磺酰)亚胺锂中的一种或多种。进一步优选地，所述含氮锂盐I的添加量占电解液总重量的10-80％，且其为电解液中的主盐成分。
优选地，所述烷基含硫锂盐II为甲基硫酸锂、乙基硫酸锂、丙基硫酸锂、异丙基硫酸锂、丁基硫酸锂、三氟甲基硫酸锂，氟磺酸锂、2,2,2-三氟乙基硫酸锂、2,2,3,3-四氟丙基硫酸锂中的一种或多种。进一步优选地，所述烷基含硫锂盐II的添加量占电解液总重量的0.1-1％。
优选地，所述草酸锂盐化合物III为双草酸硼酸锂、二氟双草酸磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、四氟草酸磷酸锂中的一种或多种。进一步优选地，所述草酸锂盐化合物III的添加量占电解液总重量的0.1-3％。
优选地，所述含氟化合物M为氟代碳酸乙烯酯、1,2二氟碳酸乙烯酯、4-三氟甲基碳酸乙烯酯、六氟磷酸铷、六氟磷酸铯、2,2,2-三氟乙基三氟甲烷磺酸酯、乙氧基(五氟)环三磷腈、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚、1,1,2,3,3,3-六氟丙基2,2,2-三氟乙基醚、氟苯中的一种或多种。进一步优选地，所述含氟化合物M的添加量占电解液总重量的0.1-15％。
进一步地，作为本发明所述的锂离子电池电解液的一种改进，本发明所述非水性有机溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、丙酸丙酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、γ-丁内酯中的至少两种；优选地，所述非水性有机溶剂是碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和碳酸甲乙酯以25:5:70质量比混合均匀所得。
更进一步地，作为本发明所述的锂离子电池电解液的一种改进，所述的电解液中还包含六氟磷酸锂，硝酸锂，硫酸乙烯酯，4-甲基硫酸乙烯酯，二氟磷酸锂，四氟硼酸锂，三(三甲基硅基)硼酸酯，三(三甲基硅基)磷酸酯，三(三甲基硅基)亚磷酸酯中的一种或多种；优选地，所述电解液中还包含六氟磷酸锂和硝酸锂。
基于上述锂金属电池电解液，本发明还提供了一种锂离子电池，该锂离子电池包括正极极片、负极极片、设置于正极极片和负极极片之间的隔膜以及前述电解液，所述正极极片包括正极集流体和正极集流体表面的正极膜片，所述正极膜片包括正极活性物质、导电剂和粘结剂，所述正极活性物质为LiNi1-x-y-zCoxMnyAlzO2，其中：0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，且0≤x+y+z≤1。
进一步地，所述负极为30-120um厚的锂带，将正极片，隔膜，负极片以此叠片制成电芯。
进一步地，所述锂离子电池的工作电压大于或等于4.2V。
本发明中含氮锂盐I作为主盐起着传输离子和传导电流的作用，尤其是通过高浓度的含氮锂盐可以延缓锂枝晶的产生；烷基硫酸锂盐II有利于兼顾高低温性能和降低界面阻抗：一方面硫酸锂盐添加剂界面阻抗低，即便在低温环境下使用也容易使得极片界面保持较好的状态，另一方面硫酸锂盐添加剂可以降低锂离子扩散迁移内阻；草酸锂盐化合物III可以在正负极表面形成钝化层，通过在正负极界面构筑草酸结构的界面膜，提升SEI膜的稳定性，从而提升循环性能。
进一步地，本发明通过含氟化合物M减少锂金属负极电池的不均匀性锂枝晶产生，含氟化合物自身阻抗低，结构中氟对电荷的离域效应可以减少金属锂离子的还原聚集，尤其是加入的大基团六氟磷酸铯或六氟磷酸铷，因其阳离子半径较大，可以吸附在金属锂表面不被还原，对锂离子的聚合产生了隔离效应，从而大幅降低锂枝晶产生的几率。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。应当理解，以下描述仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1至5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1至2”、“1至2和4至5”、“1至3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。而且，本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
对比例1
电解液的制备：
在充满氩气的手套箱(水分＜10ppm，氧分＜1ppm)中，将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸甲乙酯(EMC)以25:5:70质量比混合均匀，在混合溶液中加入质量分数为13.5％的LiPF6，搅拌至其完全溶解得到对比例1的锂离子电池电解液。
对比例2
在充满氩气的手套箱(水分＜10ppm，氧分＜1ppm)中，将碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯以25:5:70质量比混合均匀，在混合溶液中加入质量分数为20％的双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)，5％六氟磷酸锂，搅拌至其完全溶解得到对比例2的锂离子电池电解液。
对比例3
在充满氩气的手套箱(水分＜10ppm，氧分＜1ppm)中，将碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯以25:5:70质量比混合均匀，在混合溶液中加入质量分数为20％的双三氟甲基磺酰亚胺锂，5％六氟磷酸锂和1％的双草酸硼酸锂(LiBOB)，搅拌至其完全溶解得到对比例3的锂离子电池电解液。
对比例4
在充满氩气的手套箱(水分＜10ppm，氧分＜1ppm)中，将碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯以25:5:70质量比混合均匀，在混合溶液中加入质量分数为20％的双三氟甲基磺酰亚胺锂，5％六氟磷酸锂，0.3％的六氟磷酸铷(RbPF6)，搅拌至其完全溶解得到对比例4的锂离子电池电解液。
对比例5
在充满氩气的手套箱(水分＜10ppm，氧分＜1ppm)中，将碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯以25:5:70质量比混合均匀，在混合溶液中加入质量分数为20％的双三氟甲基磺酰亚胺锂，5％六氟磷酸锂，0.3％的六氟磷酸铷(RbPF6)，0.3％的三氟甲基硫酸锂(TFMSL)，搅拌至其完全溶解得到对比例5的锂离子电池电解液。
对比例6
在充满氩气的手套箱(水分＜10ppm，氧分＜1ppm)中，将碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯以25:5:70质量比混合均匀，在混合溶液中加入质量分数为20％的双三氟甲基磺酰亚胺锂，5％六氟磷酸锂，1％的双草酸硼酸锂(LiBOB)，0.3％的三氟甲基硫酸锂，搅拌至其完全溶解得到对比例6的锂离子电池电解液。
实施例1
在充满氩气的手套箱(水分＜10ppm，氧分＜1ppm)中，将碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯以25:5:70质量比混合均匀，在混合溶液中加入质量分数为20％的双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)，5％六氟磷酸锂，1％的双草酸硼酸锂(LiBOB)，0.3％的三氟甲基硫酸锂，0.3％的六氟磷酸铷(RbPF6)搅拌至其完全溶解得到实施例1的锂离子电池电解液。
实施例2
在充满氩气的手套箱(水分＜10ppm，氧分＜1ppm)中，将碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯以25:5:70质量比混合均匀，在混合溶液中加入质量分数为20％的双三氟甲基磺酰亚胺锂，5％六氟磷酸锂，1％的双草酸硼酸锂(LiBOB)，0.3％的三氟甲基硫酸锂，0.3％的六氟磷酸铯(CsPF6)搅拌至其完全溶解得到实施例2的锂离子电池电解液。
实施例3
在充满氩气的手套箱(水分＜10ppm，氧分＜1ppm)中，将碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯以25:5:70质量比混合均匀，在混合溶液中加入质量分数为20％的双三氟甲基磺酰亚胺锂，5％六氟磷酸锂，1％的双草酸硼酸锂(LiBOB)，0.3％的三氟甲基硫酸锂，0.5％的乙氧基五氟环三磷腈(PFN)搅拌至其完全溶解得到实施例3的锂离子电池电解液。
实施例4
在充满氩气的手套箱(水分＜10ppm，氧分＜1ppm)中，将碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯以25:5:70质量比混合均匀，在混合溶液中加入质量分数为20％的双三氟甲基磺酰亚胺锂，5％六氟磷酸锂，1％的双草酸硼酸锂(LiBOB)，0.3％的三氟甲基硫酸锂，0.3％的六氟磷酸铯(CsPF6)，2％的氟代碳酸乙烯酯后搅拌至其完全溶解得到实施例4的锂离子电池电解液。
实施例5
在充满氩气的手套箱(水分＜10ppm，氧分＜1ppm)中，将碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯以25:5:70质量比混合均匀，在混合溶液中加入质量分数为20％的双三氟甲基磺酰亚胺锂，5％六氟磷酸锂，1％的双草酸硼酸锂(LiBOB)，0.3％的三氟甲基硫酸锂，1％的六氟磷酸铯(CsPF6)后搅拌至其完全溶解得到实施例5的锂离子电池电解液。
实施例6
在充满氩气的手套箱(水分＜10ppm，氧分＜1ppm)中，将碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯以25:5:70质量比混合均匀，在混合溶液中加入质量分数为20％的双三氟甲基磺酰亚胺锂，5％六氟磷酸锂，1％的双草酸硼酸锂(LiBOB)，1％的三氟甲基硫酸锂，0.3％的六氟磷酸铯(RbPF6)后搅拌至其完全溶解得到实施例6的锂离子电池电解液。
实施例7
在充满氩气的手套箱(水分＜10ppm，氧分＜1ppm)中，将碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯以25:5:70质量比混合均匀，在混合溶液中加入质量分数为30％的双三氟甲基磺酰亚胺锂，5％六氟磷酸锂，1％的双草酸硼酸锂(LiBOB)，0.3％的三氟甲基硫酸锂，0.3％的六氟磷酸铯(RbPF6)后搅拌至其完全溶解得到实施例7的锂离子电池电解液。
实施例8
在充满氩气的手套箱(水分＜10ppm，氧分＜1ppm)中，将碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯以25:5:70质量比混合均匀，在混合溶液中加入质量分数为40％的双三氟甲基磺酰亚胺锂，5％六氟磷酸锂，1％的双草酸硼酸锂(LiBOB)，0.3％的三氟甲基硫酸锂，0.3％的六氟磷酸铯(RbPF6)后搅拌至其完全溶解得到实施例8的锂离子电池电解液。
实施例9
在充满氩气的手套箱(水分＜10ppm，氧分＜1ppm)中，将碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯以25:5:70质量比混合均匀，在混合溶液中加入质量分数为23％的双三氟甲基磺酰亚胺锂，5％六氟磷酸锂，1％的二氟双草酸磷酸锂(LiDFOP)，0.3％的乙基硫酸锂(ESL)，0.3％的六氟磷酸铯(RbPF6)后搅拌至其完全溶解得到实施例9的锂离子电池电解液。
实施例10
在充满氩气的手套箱(水分＜10ppm，氧分＜1ppm)中，将碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯以25:5:70质量比混合均匀，在混合溶液中加入质量分数为23％的双三氟甲基磺酰亚胺锂，5％六氟磷酸锂，1％的二氟双草酸磷酸锂(LiDFOP)，0.3％的乙基硫酸锂，0.3％的六氟磷酸铯(RbPF6)和2％的氟代碳酸乙烯酯后搅拌至其完全溶解得到实施例10的锂离子电池电解液。
实施例11
在充满氩气的手套箱(水分＜10ppm，氧分＜1ppm)中，将碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯以25:5:70质量比混合均匀，在混合溶液中加入质量分数为23％的双三氟甲基磺酰亚胺锂，5％六氟磷酸锂，1％的二氟双草酸磷酸锂(LiDFOP)，0.3％的乙基硫酸锂，0.3％的六氟磷酸铯(RbPF6)和0.5％的2,2,2-三氟乙基三氟甲烷磺酸酯(简称为FA)后搅拌至其完全溶解得到实施例11的锂离子电池电解液。
实施例12
在充满氩气的手套箱(水分＜10ppm，氧分＜1ppm)中，将碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯以25:5:70质量比混合均匀，在混合溶液中加入质量分数为10％的双三氟甲基磺酰亚胺锂，10％的双氟磺酰亚胺锂，5％六氟磷酸锂，1％的二氟双草酸磷酸锂(LiDFOP)，0.3％的乙基硫酸锂，0.3％的六氟磷酸铯(RbPF6)和0.5％的2,2,2-三氟乙基三氟甲烷磺酸酯后搅拌至其完全溶解得到实施例12的锂离子电池电解液。
实施例13
在充满氩气的手套箱(水分＜10ppm，氧分＜1ppm)中，将碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯以25:5:70质量比混合均匀，在混合溶液中加入质量分数为10％的双三氟甲基磺酰亚胺锂，10％的双氟磺酰亚胺锂，5％六氟磷酸锂，0.5％的二氟双草酸磷酸锂(LiDFOP)，0.5％的双草酸硼酸锂0.3％的乙基硫酸锂，0.3％的六氟磷酸铯(RbPF6)后搅拌至其完全溶解得到实施例12的锂离子电池电解液。
实施例14
在充满氩气的手套箱(水分＜10ppm，氧分＜1ppm)中，将碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯以25:5:70质量比混合均匀，在混合溶液中加入质量分数为10％的双氟磺酰亚胺锂，10％的双三氟甲基磺酰亚胺锂，5％六氟磷酸锂，0.5％的二氟双草酸磷酸锂(LiDFOP)，0.5％的双草酸硼酸锂，0.3％的乙基硫酸锂，0.3％的六氟磷酸铯(RbPF6)及0.3％的硝酸锂(LiNO3)后搅拌至其完全溶解得到实施例14的锂离子电池电解液。
具体的，各实施例和对比例所需电解液的组成成分如表1所示。
表1对比例1-6和实施例1-14电解液的成分组成
Figure BDA0002127490750000101
效果实施例
作为示例，以下对比例和实施例中全电池的制作方法如下：
将各对比例和实施例制得的锂离子电池电解液注入正极活性物为镍钴锰酸锂(镍钴锰比例为8:1:1，压实密度为3.45g/cm3)，负极活性物为100um的锂带，隔膜以聚乙烯为基体(16um)组成的软包锂离子电池中，电池的充电电流采用额定容量的20％(即0.2C)进行测试，常温放电采用0.5C，低温放电采用0.2C进行循环实验，电池的常温循环及低温0℃下的循环性能如表2所示。
表2对比例1-6和实施例1-14所得锂金属电池的性能测试结果
Figure BDA0002127490750000111
通过对比上述表格中的数据可知，以六氟磷酸锂为主盐的对比例1的常温循环和低温循环性能均表现较差，通过将双三氟甲基磺酰亚胺锂高比例替代六氟磷酸锂后的对比例2的循环性能有较大幅度的提高，表明含氮锂盐在金属锂电池中具有更佳的应用前景。
进一步的在对比例2的基础上分别加入本发明所列出的草酸锂盐类添加剂双草酸硼酸锂(对比例3)、六氟磷酸铷(对比例4)和三氟甲基硫酸锂(对比例5)添加剂，发现相比单独的双氟磺酰亚胺锂组别中，其常温循环性能均得到大幅提升(约提升14％以上)，低温循环性能方面也得到进一步加强。
进一步比较发现加入双草酸硼酸锂的组别其常温循环性能比其他几种均明显增强，但低温循环性能方面改善幅度较低，推测是由于LiBOB添加剂在金属锂负极界面可以还原形成SEI膜，其膜的组分含有大分子状的聚合性有机成分，增加了电池的界面阻抗，在低温下发生收缩增加了电池内阻，从而对低温的改善不明显。通过在上述体系中引入三氟甲基硫酸锂，六氟磷酸铯等化合物，其常温循环性能也有一定幅度提升，对低温循环性能影响更加明显，说明了该类物质可能对降低低温界面阻抗，防止低温下锂枝晶的形成有更好的效果，硫酸锂类添加剂作为无机盐形式存在，其离子导电性较好，在低温下膜的结构不会明显的收缩，从而延缓了低温阻抗的增加，而六氟磷酸铷中，铷的半径较大，对迁移到金属锂表面的锂离子起到隔离疏散左右，减少了锂离子的团聚。
通过将上述含氮锂盐I，烷基硫酸锂盐II和草酸锂盐化合物III，至少含有一种含氟化合物M的添加剂有机组合后，所制备的锂金属电池可以同时获得更佳的常温循环和低温循环性能。进一步比较发现，高含量的含氮锂盐LiTFSI加入后，其常温循环和低温性能均有提升；烷基硫酸盐和六氟磷酸铯的过多加入(本发明为1％)时，其循环性能有一定下降，这与这类物质在上述体系中的溶解度有关，这两类无机盐在上述溶剂体系时，溶解度在0.5％左右，过多加入导致其无法完全溶解而沉积对电池性能有负面影响。
综上通过在锂金属电池中引入含氮锂盐I、烷基硫酸锂盐II、草酸锂盐化合物III和含氟化合物M的添加剂，它们有机组合可以提升锂金属电池的循环性能，延缓锂枝晶的产生。含氮锂盐I作为本发明的主盐起着传输离子和传导电流的作用，烷基硫酸锂盐有利于兼顾高低温性能和降低界面阻抗，草酸锂盐III可以在正负极锂金属表面形成钝化层，提升循环性能，通过含氟化合物M可以减少锂金属负极电池的不均匀性锂枝晶产生。通过上述三类锂盐和含氟化合物M组成的电解液有利于锂均匀的沉积在负极表面，减少锂枝晶的产生，从而提升电池循环性能。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的实例而已，本发明只是列举了重点添加剂的组合及含量变化问题以说明本发明的内容，为了实现高镍体系更佳的综合性能可以在上述体系中做按照本发明前述的添加剂做进一步的修饰和改进，并不局限于上述的具体实施方式，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种锂金属电池电解液，所述锂金属电池电解液包含锂盐、非水性有机溶剂和添加剂，其特征在于，所述锂盐中包括含氮锂盐I，烷基含硫锂盐II和草酸锂盐化合物III，所述添加剂中至少含有一种含氟化合物M。
2.根据权利要求1所述的锂金属电池电解液，其特征在于，所述含氮锂盐I为双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、(三氟甲基磺酰)(全氟丁基磺酰)亚胺锂、(氟磺酰)(三氟甲烷磺酰)亚胺锂中的一种或多种；优选地，所述含氮锂盐I的添加量占电解液总重量的10-80％，且其为电解液中的主盐成分。
3.根据权利要求1所述的锂金属电池电解液，其特征在于，所述烷基含硫锂盐II为甲基硫酸锂、乙基硫酸锂、丙基硫酸锂、异丙基硫酸锂、丁基硫酸锂、三氟甲基硫酸锂，氟磺酸锂、2,2,2-三氟乙基硫酸锂、2,2,3,3-四氟丙基硫酸锂中的一种或多种；优选地，所述烷基含硫锂盐II的添加量占电解液总重量的0.1-1％。
4.根据权利要求1所述的锂金属电池电解液，其特征在于，所述草酸锂盐化合物III为双草酸硼酸锂、二氟双草酸磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、四氟草酸磷酸锂中的一种或多种；优选地，所述草酸锂盐化合物III的添加量占电解液总重量的0.1-3％。
5.根据权利要求1所述的锂金属电池电解液，其特征在于，所述含氟化合物M为氟代碳酸乙烯酯、1,2二氟碳酸乙烯酯、4-三氟甲基碳酸乙烯酯、六氟磷酸铷、六氟磷酸铯、2,2,2-三氟乙基三氟甲烷磺酸酯、乙氧基(五氟)环三磷腈、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚、1,1,2,3,3,3-六氟丙基2,2,2-三氟乙基醚、氟苯中的一种或多种；优选地，所述含氟化合物M的添加量占电解液总重量的0.1-15％。
6.根据权利要求1所述的锂金属电池电解液，其特征在于，所述非水性有机溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、丙酸丙酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、γ-丁内酯中的至少两种；优选地，所述非水性有机溶剂是碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和碳酸甲乙酯以25:5:70质量比混合均匀所得。
7.根据权利要求1所述的锂金属电池电解液，其特征在于，所述电解液中还包含六氟磷酸锂，硝酸锂，硫酸乙烯酯，4-甲基硫酸乙烯酯，二氟磷酸锂，四氟硼酸锂，三(三甲基硅基)硼酸酯，三(三甲基硅基)磷酸酯，三(三甲基硅基)亚磷酸酯中的一种或多种；优选地，所述电解液中还包含六氟磷酸锂和硝酸锂。
8.一种锂金属电池，其特征在于，该锂离子电池包括正极极片、负极极片、设置于正极极片和负极极片之间的隔膜以及权利要求1-7任一项所述的锂金属电池电解液，所述正极极片包括正极集流体和正极集流体表面的正极膜片，所述正极膜片包括正极活性物质、导电剂和粘结剂，所述正极活性物质为LiNi1-x-y-zCoxMnyAlzO2，其中：0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，且0≤x+y+z≤1。
9.根据权利要求8所述的锂金属电池，其特征在于，所述负极为30-120um厚的锂带，将正极片，隔膜，负极片以此叠片制成电芯。
10.根据权利要求8所述的锂金属电池，其特征在于，所述锂离子电池的工作电压大于或等于4.2V。
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