CN113690489A - 一种电解液及包含该电解液的锂金属电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电解液以及包含该电解液的锂金属电池，其中电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括结构式I所示的磺内酰胺化合物；其中，R选自取代或未取代的C1‑C10烃基，取代基选自苯基、C1‑C6烷基、C1‑C6烯基；X为硫原子或磷原子；R1和R2主要选自氧原子、氟原子、氯原子、溴原子、取代或未取代的C1‑C10烃基，且R1和R2不同时为氧原子。本发明的电解液在正极、负极表面形成的界面膜具有良好的导离子能力，有利于降低电池的阻抗，并且能抑制正、负电极与电解液之间的过度副反应，从而改善电池的循环性能。

Description

一种电解液及包含该电解液的锂金属电池
本申请是申请日为2019年9月9日，申请号为201910848985.6，发明名称为“一种电解液及包含该电解液的锂金属电池”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种锂电池技术领域，具体地涉及一种电解液及包含该电解液的锂金属电池。
背景技术
目前，锂离子电池已广泛应用于汽车、手机等技术产品。商业化的锂离子电池主要以石墨为负极材料，其容量发挥已经接近石墨理论值(372mAh/g)，很难通过对石墨进行处理而高幅度地提升锂离子电池的容量。金属锂的理论比容量高达3860mAh/g，电极电位低至-3.04V(相对于H2/H+)，因此发展以金属锂作为负极的锂金属电池再次引起科研工作者的关注。然而，限制锂金属电池进一步发展的障碍主要有两个方面：(1)锂金属电池在循环过程中容易产生锂枝晶，锂枝晶容易刺穿电池的隔离膜，导致电池易出现短路；(2)锂枝晶表面积大、活性高，易与电解液剧烈反应，导致金属锂表面SEI膜(界面膜)持续重组，消耗电解液和活性锂，还导致循环效率降低，缩短电池循环寿命。因此，如何有效改善金属锂电极表面性质、抑制锂枝晶的生成是进一步发展锂金属电池需要解决的重点。
发明内容
鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种电解液以及锂金属电池，其可以有效改善金属锂电极表面性质并抑制锂枝晶的生成。
为了实现本发明的目的，本发明提供的电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括式I所示的磺内酰胺化合物：
Figure BDA0003229582700000021
其中，
R选自取代或未取代的C1-C10烃基，取代基选自苯基、C1-C6烷基、C1-C6烯基；
X为硫原子或磷原子；
R1和R2各自独立地选自氧原子、氟原子、氯原子、溴原子、取代或未取代的C1-C10烃基，其中取代基含有氟、氯、溴、碘、氮、氧、硫、硅、硼、磷中的一种或几种元素；且R1和R2不同时为氧原子。
本发明还提供一种包括如上所述的电解液的锂金属电池。
本发明还提供一种包括所述锂金属电池的手机。
本发明还提供一种包括所述锂金属电池的汽车。
相对于现有技术，本发明至少包括如下所述的有益效果：
1、本发明的添加剂磺内酰胺化合物遇到电池体系内的微量水分，能够原位产生SO2气体，SO2进而与锂金属负极发生原位微反应，形成含硫的无机酸盐，改善锂金属表面组成和无机属性，提升锂金属电池的循环性能。
2、本发明的电解液中的添加剂磺内酰胺化合物含有磺酰基团，在正极、负极表面均能形成由硫酸盐、磺酸锂盐和聚磺酰亚胺等物质组成的界面膜。由此形成的界面膜具有良好的导离子能力，有利于降低电池的阻抗，并且界面膜能抑制正、负电极与电解液之间的过度副反应，从而改善电池的循环性能。
具体实施方式
下面详细说明根据本发明的电解液以及锂金属电池。
本发明提供的电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括式I所示的磺内酰胺化合物：
Figure BDA0003229582700000031
其中，
R选自取代或未取代的C1-C10烃基，取代基选自苯基、C1-C6烷基、C1-C6烯基；
X为硫原子或磷原子；
R1和R2各自独立地选自氧原子、氟原子、氯原子、溴原子、取代或未取代的C1-C10烃基，其中取代基含有氟、氯、溴、碘、氮、氧、硫、硅、硼、磷中的一种或几种元素；且R1和R2不同时为氧原子。
本发明的电解液的一个实施方案中，所述添加剂包括结构式I-1所示的磺内酰胺化合物：
Figure BDA0003229582700000032
其中，X为磷原子且R1和R2各自独立地选自F、Cl、Br或选自卤素取代的C1-C4的烃基，
或X为硫原子，R2为氧原子，R1选自F、Cl、Br或选自卤素取代的C1-C4的烃基；
n为1、2或3。
优选地，本发明的电解液的添加剂磺内酰胺化合物中，R1或R2选自F、-CH3、-C2H5、-C3H7、-C4H9、-CF3、-C2F5、直链-C3F7、直链-C4F9、-CH2CF3、-CH(CF3)2。在电池循环中，这些含氟取代基可产生LiF，而微量LiF对锂金属电池性能有改善作用。
优选地，以电解液质量计，所述磺内酰胺化合物在电解液中的质量百分含量为0.5％～15％，优选为3％～10％。在本发明的锂金属电池中，如果电解液中的添加剂磺内酰胺化合物在电解液中质量百分含量过低，则锂金属电池工作过程中产生SO2气体含量较低，无法有效改善锂金属表面的性质；而添加剂磺内酰胺化合物含量过高，则会导致电解液体系粘度增大，影响电池内部锂离子传导。
作为本发明所述电解液的一种改进，电解液中还可添加其他本领域技术公知的用于提高锂金属电池性能的添加剂，例如SEI膜成膜添加剂、阻燃添加剂、防过充添加剂、导电添加剂等。本领域技术人员可以根据需要进行添加。
优选地，所述有机溶剂可选自碳酸酯、羧酸酯、硫酸酯、磷酸酯、酰胺类、腈类、醚类中的至少一种。例如，碳酸乙烯酯(又称为：碳酸亚乙酯)、碳酸丙烯酯(又称为：碳酸亚丙酯)、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、乙酸乙酯、酸酐、N-甲基吡咯烷酮、N-甲基甲酰胺、N-甲基乙酰胺、乙腈、环丁砜、二甲亚砜、乙烯亚硫酸酯、丙烯亚硫酸酯、三乙基磷酸酯、甲基乙基亚磷酸酯、甲硫醚、二乙基亚硫酸酯、亚硫酸二甲酯、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、1,3-二氧戊环、四氢呋喃、含氟环状有机酯、含硫环状有机酯中的一种或几种。所述有机溶剂在电解液中的质量百分含量可为60％～90％。
优选地，所述锂盐任选自有机锂盐、无机锂盐中的一种或几种。例如，所述锂盐选自LiPF6、LiBF4、LiTFSI、LiClO4、LiAsF6、LiBOB、LiDFOB、LiTFOP、LiN(SO2RF)2、LiN(SO2F)(SO2RF)中的至少一种，其中取代基RF＝CnF2n+1，n为1～10的整数。优选地，所述锂盐在电解液中的浓度为0.5mol/L～10mol/L，优选为1mol/L～5mol/L。
本发明的另一方面提供了一种锂金属电池，其包括正极、电解液、负极和设置在正极与负极之间的隔离膜；其中，电解液为本发明第一方面所述的电解液，所述负极包括含锂金属材料；所述含锂金属材料为金属锂或锂合金。锂合金包括Li-Sn合金、Li-Sn-O合金、Li-Mg合金、Li-B合金及Li-Al合金中的一种或几种。其中，特别需要说明的是，磺内酰胺化合物不仅会与锂金属发生原位反应，而且与锂合金中的另外一种物质也会发生反应，从而提升了其改善锂负极表面特性的作用。
在本发明的锂金属电池中，正极极片中含有微量水分，电解液中的添加剂磺内酰胺化合物与正极极片中的水分的摩尔比为0.1:1～10:1，进一步地摩尔比为0.5:1～2:1。在申请的锂金属电池中，如果正极极片中的水分含量过低，则难以引发添加剂磺内酰胺化合物的分解而形成SO2气体。另一方面，如果正极片中的水分含量过高，则会促使电解液发生水解反应或导致正极材料的严重劣化，进而导致锂金属电池的性能恶化。在本发明中，正极极片中的水分含量以1mg/Ah～100mg/Ah为宜。
在本发明的锂金属电池中，正极包括正极集流体以及设置于正极集流体至少一个表面上的正极活性物质层。例如，正极集流体在自身厚度方向上包括相对的两个表面，正极活性物质层层叠设置于正极集流体的两个表面中的任意一者或两者上。
正极活性物质层中含有正极活性物质，在工作过程中能够进行锂离子的可逆脱嵌/嵌入。对正极活性物质的种类没有特别地限制，可以是本领域已知的用于锂离子二次电池的正极活性物质。例如锂过渡金属复合氧化物，其中过渡金属可以是Mn、Fe、Ni、Co、Cr、Ti、Zn、V、Al、Zr、Ce及Mg中的一种或多种。锂过渡金属复合氧化物例如为LiMn2O4、LiNiO2、LiCoO2、LiNi1-yCoyO2(0<y<1)、LiNimConAl1-m-nO2(0<m<1，0≤n<1，0<m+n<1)、LiNisCotMn1-s-tO2(0<s<1，0≤t<1，0<s+t<1)、LiMPO4(M可以为Fe、Mn、Co中的一种或多种)及Li3V2(PO4)3中的一种或多种。锂过渡金属复合氧化物中还可以掺杂电负性大的元素，如S、N、F、Br、Cl及I中的一种或多种。锂过渡金属复合氧化物还可以进行包覆改性处理。通过掺杂和/或包覆改性能够使化合物具有更稳定的结构和更优的电化学性能。
在本发明的锂金属电池的一些实施方案中，正极活性物质中包括通式(1)所示的正极活性物质：
Li1+xNiaCobM1-a-bO2-yAy (1)
在式(1)中，-0.1≤x≤0.2，0<a<1，0≤b<1，0<a+b<1，0≤y<0.2，M选自Mn、Fe、Cr、Ti、Zn、V、Al、Zr及Ce中的一种或多种，A选自S、N、F、Cl、Br及I中的一种或多种。
进一步地，在上述式(1)中，0.5≤b<1。更进一步地，在上述式(1)中，0.5≤b<1，M为Mn及Al中的一种或两种，A为S和F中的一种或两种。
另外，正极活性物质层中还可以包括导电剂和粘结剂。本发明对正极活性物质层中的导电剂及粘结剂的种类不做具体限制，可以根据实际需求进行选择。作为示例，导电剂可以是石墨、超导碳、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯及碳纳米纤维中一种或多种；粘结剂可以是丁苯橡胶(SBR)、水性丙烯酸树脂(water-based acrylic resin)、羧甲基纤维素(CMC)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)及聚乙烯醇(PVA)中的一种或多种。
正极集流体用于汇集和传导电流。正极集流体可以采用金属箔材或多孔金属板，例如使用铝、铜、镍、钛或银等金属或它们的合金的箔材或多孔板，如铝箔。
正极极片可以采用涂布方式制备。例如先将正极活性物质、粘结剂、导电剂及有机溶剂按照预定比例混合，有机溶剂可以是N-甲基吡咯烷酮(NMP)，将混合物料搅拌成均一的体系，获得正极浆料；然后将正极浆料涂布于正极集流体上，经过烘干、辊压等工序后，制得正极极片。
负极采用含锂金属材料的片层，可以是锂合金片层或金属锂片层。锂合金例如是Li-Sn合金、Li-Sn-O合金、Li-Mg合金、Li-B合金及Li-Al合金中的一种或几种。
本发明的锂金属电池对隔离膜没有特别的限制，可以选用任意公知的具有电化学稳定性和化学稳定性的多孔结构隔离膜，例如玻璃纤维、无纺布、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)及聚偏二氟乙烯(PVDF)中的一种或多种的单层或多层薄膜。正极和负极交替层叠设置，并在正极与负极之间设置隔离膜以起到隔离正极和负极的作用，得到电芯，也可以是经卷绕后得到电芯；将电芯置于外壳中，注入电解液，并封口，得到锂金属电池。
电解液注液量与电池容量相关，在本发明中，电解液的注液量为0.5g/Ah～5g/Ah，优选为1g/Ah～3g/Ah。电解液注液量过低，电解液过快消耗导致电池寿命短；注液量过多，则导致电池中非活性的电解液占电池总重比例高，降低了电池的能量密度。
锂金属电池注液后，由于电解液与锂金属电池负极发生一系列物理化学反应，最终在含锂金属材料的表面的形成界面膜，界面膜包含硫酸盐、磺酸锂盐和聚磺酰亚胺中的至少一种，界面膜优选为包含硫酸盐、磺酸锂盐和聚磺酰亚胺，同时包含无机物与有机物的界面膜；这样的界面膜兼顾导离子特性与韧性，能够提升界面膜的稳定性。
实施例1
(1)电解液的制备
在干燥房中，将碳酸乙烯酯(简写为EC)和碳酸二乙酯(简写为DEC)按体积比EC∶DEC＝1∶1的比例混合均匀，得到有机溶剂。向有机溶剂中加入导电锂盐LiPF6和添加剂N-氟磺酰基-5-氧代-磺内酰胺(结构式II所示)，得到添加剂N-氟磺酰基-5-氧代-磺内酰胺质量百分含量为5％、LiPF6浓度为1mol/L的溶液，即为电解液。
Figure BDA0003229582700000081
(2)正极极片制备
将镍钴锰酸锂(LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2,NCM811)正极活性物质、粘结剂(PVDF)、导电剂(乙炔黑)按照质量比98∶1∶1混合，加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂至体系成均一透明状，真空搅拌机搅拌后制得电极活性材料浆料；将浆料均匀涂覆于铝箔(厚度为12μm)集流体上，制备极片；将极片室温晾干后转移至120℃烘箱干燥1h，之后经过冷压、分切得到正极极片。
(3)负极极片制备
将25μm锂金属贴于铜箔表面，之后经过冷压、分切得到负极极片。
(4)软包电池的制备
以厚度12μm的聚丙烯薄膜作为隔离膜，将NCM811正极极片、隔离膜、锂负极依次进行叠片，使隔离膜处于正负极片中间起到隔离的作用。外包铝塑膜，转移至真空烘箱中120℃干燥至水分含量为10mg/Ah，后注入上述电解液，电解液注液量为2g/Ah，封口，制备出容量为1Ah的软包电池。
实施例2
锂金属电池的制备过程同实施例1，区别在于：电解液中磺内酰胺添加剂的含量由5％替换为0.5％，且电池干燥至水分含量为1mg/Ah。
实施例3
锂金属电池的制备过程同实施例1，区别在于：电解液中磺内酰胺添加剂的含量由5％替换为3％，且电池干燥至水分含量为6mg/Ah。
实施例4
锂金属电池的制备过程同实施例1，区别在于：电解液中磺内酰胺添加剂的含量由5％替换为10％，且电池干燥至水分含量为19mg/Ah。
实施例5
锂金属电池的制备过程同实施例1，区别在于：电解液中磺内酰胺添加剂的含量由5％替换为15％，且电池干燥至水分含量为29mg/Ah。
实施例6
锂金属电池的制备过程同实施例1，区别在于：电池干燥至水分含量为1mg/Ah。
实施例7
锂金属电池的制备过程同实施例1，区别在于：电池干燥至水分含量为5mg/Ah。
实施例8
锂金属电池的制备过程同实施例1，区别在于：电池干燥至水分含量为19mg/Ah。
实施例9
锂金属电池的制备过程同实施例1，区别在于：电池干燥至水分含量为95mg/Ah。
实施例10
锂金属电池的制备过程同实施例1，区别在于：电解液注液量由2g/Ah替换为0.5g/Ah，且电池干燥至水分含量为2mg/Ah。
实施例11
锂金属电池的制备过程同实施例1，区别在于：电解液注液量由2g/Ah替换为1g/Ah，且电池干燥至水分含量为5mg/Ah。
实施例12
锂金属电池的制备过程同实施例1，区别在于：电解液注液量由2g/Ah替换为3g/Ah，且电池干燥至水分含量为14mg/Ah。
实施例13
锂金属电池的制备过程同实施例1，区别在于：电解液注液量由2g/Ah替换为5g/Ah，且电池干燥至水分含量为24mg/Ah。
实施例14
锂金属电池的制备过程同实施例1，区别在于：电解液中含有质量分数为5％的FEC添加剂。
实施例15
锂金属电池的制备过程同实施例1，区别在于：正极活性物质由LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811)替换为LiFePO4。
实施例16
锂金属电池的制备过程同实施例1，区别在于：正极活性物质由NCM811替换为LiCoO2。
实施例17
锂金属电池的制备过程同实施例1，区别在于：正极活性物质由NCM811替换为LiNi0.80Co0.15Al0.05O2(NCA)。
实施例18
锂金属电池的制备过程同实施例1，区别在于：电解液中磺内酰胺添加剂由结构式II替换为结构式III，且电池干燥至水分含量为9mg/Ah。
Figure BDA0003229582700000101
实施例19
锂金属电池的制备过程同实施例1，区别在于：电解液中磺内酰胺添加剂由结构式II替换为结构式IV，且电池干燥至水分含量为8mg/Ah。
Figure BDA0003229582700000102
实施例20
锂金属电池的制备过程同实施例1，区别在于：电解液中磺内酰胺添加剂由结构式II替换为结构式V，且电池干燥至水分含量为6mg/Ah。
Figure BDA0003229582700000111
实施例21
锂金属电池的制备过程同实施例1，区别在于：电解液中磺内酰胺添加剂由结构式II替换为结构式VI，且电池干燥至水分含量为6mg/Ah。
Figure BDA0003229582700000112
实施例22
锂金属电池的制备过程同实施例1，区别在于：电解液中磺内酰胺添加剂由结构式II替换为结构式VII，且电池干燥至水分含量为7mg/Ah。
Figure BDA0003229582700000113
实施例23
锂金属电池的制备过程同实施例1，区别在于：电解液中磺内酰胺添加剂由结构式II替换为结构式VIII，且电池干燥至水分含量为8mg/Ah。
Figure BDA0003229582700000121
实施例24
锂金属电池的制备过程同实施例1，区别在于：电解液中磺内酰胺添加剂由结构式II替换为结构式IX，且电池干燥至水分含量为5mg/Ah。
Figure BDA0003229582700000122
实施例25
锂金属电池的制备过程同实施例1，区别在于：电解液中磺内酰胺添加剂由结构式II替换为结构式X，且电池干燥至水分含量为9mg/Ah。
Figure BDA0003229582700000123
实施例26
锂金属电池的制备过程同实施例1，区别在于：电解液中磺内酰胺添加剂由结构式II替换为结构式XI，且电池干燥至水分含量为9mg/Ah。
Figure BDA0003229582700000124
实施例27
锂金属电池的制备过程同实施例1，区别在于：电解液中磺内酰胺添加剂由结构式II替换为结构式XII，且电池干燥至水分含量为8mg/Ah。
Figure BDA0003229582700000131
实施例28
锂金属电池的制备过程同实施例1，区别在于：电解液中磺内酰胺添加剂由结构式II替换为结构式XIII，且电池干燥至水分含量为8mg/Ah。
Figure BDA0003229582700000132
实施例29
锂金属电池的制备过程同实施例1，区别在于：电解液中磺内酰胺添加剂由结构式II替换为结构式XIV，且电池干燥至水分含量为9mg/Ah。
Figure BDA0003229582700000133
实施例30
锂金属电池的制备过程同实施例1，区别在于：电解液中磺内酰胺添加剂由结构式II替换为结构式XX，且电池干燥至水分含量为7mg/Ah。
Figure BDA0003229582700000134
Figure BDA0003229582700000141
实施例31
锂金属电池的制备过程同实施例1，区别在于：电解液中磺内酰胺添加剂由结构式II替换为结构式XXI，且电池干燥至水分含量为6mg/Ah。
Figure BDA0003229582700000142
对比例
对比例1
锂金属电池的制备过程同实施例1，区别在于：电解液中无磺内酰胺添加剂，且电池烘干至水分含量无法测出。
对比例2
锂金属电池的制备过程同实施例1，区别在于：电解液中无磺内酰胺添加剂。
对比例3
锂金属电池的制备过程同实施例1，区别在于：电池烘干至水分含量无法测出。
接下来说明相关性能测试：
正极极片水分含量测试：
采用卡尔费休库伦法测试微量水分，其原理是一种电化学方法。仪器电解池中的卡氏试剂达到平衡时注入含水的样品，水参与碘、二氧化硫的氧化还原反应，在吡啶和甲醇存在的情况下，生成氢碘酸吡啶和甲基硫酸吡啶，碘负离子在阳极重新形成碘，从而使氧化还原反应不断进行，直至水分全部耗尽为止，依据法拉第电解定律，电解产生的碘与电解时耗用的电量成正比例关系。
锂金属电池的性能测试：
(1)首周放电比容量和首次效率测试：将锂金属电池以1.5mA/cm2的恒定电流充电至4.25V，后以4.25V恒压充电至电流降到0.3mA/cm2，得首周充电比容量(Cc1)；再以1.5mA/cm2的恒定电流放电至3.0V，得首周放电比容量(Cd1)。首次效率＝首周放电比容量(Cd1)/首周充电比容量(Cc1)。
(2)容量保持率测试：将锂金属电池以1.5mA/cm2的恒定电流充电至4.25V，后以4.25V恒压充电至电流降到0.3mA/cm2，再以1.5mA/cm2的恒定电流放电至3.0V，得首周放电比容量(Cd1)；如此反复充放电至第n周，得锂二次电池循环n周后的放电比容量记为Cdn。容量保持率＝循环n周后的放电比容量(Cdn)/首周放电比容量(Cd1)。
(3)金属锂负极片表面观察：将上述循环100周后的锂金属电池拆解，通过光学显微镜观察金属锂负极片的表面形貌，观察是否有锂枝晶生成。
表1实施例1-31和对比例1-3的锂金属电池的参数
Figure BDA0003229582700000151
Figure BDA0003229582700000161
表2实施例1-31和对比例1-3的锂金属电池的性能评估
Figure BDA0003229582700000162
Figure BDA0003229582700000171
Figure BDA0003229582700000181
由表1中可知：
(1)与对比例1～2对比可知，在实施例1～31中，实施例中添加磺内酰胺添加剂可以有效改善锂金属负极表面的界面组成和锂沉积形貌，有效抑制了电池循环过程中的锂枝晶生长，改善循环性能。
(2)由实施例1～5可知，磺内酰胺添加剂含量低，不能形成良好的锂负极表面膜，并且可见轻度的析锂现象；而磺内酰胺添加剂含量过高，则导致电池首效低，阻抗较大，电池后期衰减加剧。
(3)由实施例1、6～9，以及对比例1～3可知，磺内酰胺添加剂与正极极片中的水分含量之间有一定的关系。正极极片中存在相对于磺内酰胺添加剂的等摩尔的水分有利于磺内酰胺添加剂转换为SO2，改善锂金属表面组成。若磺内酰胺添加剂含量过高，则磺内酰胺添加剂形成的界面膜阻抗较大，后期衰减略快。若正极极片中的水分含量过高，则容易引起轻度析锂，电解液和电极片的性能劣化，导致电池性能恶化。
(4)由实施例1、10～13可知，电解液注入量低，则电池的能量密度高，但会导致添加剂绝对含量低，无法保证电池循环中足量电解液，后期循环衰减加快。而电解液注入量过高，导致电池能量密度低，添加剂和水分的绝对含量高，导致正极和电解液劣化，以及电池阻抗高。
(5)由实施例1和14可知，添加一些传统功能添加剂，有利于进一步提升锂金属电池的循环性能。

Claims (22)

1.一种电解液，包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括结构式I或结构式I′所示的磺内酰胺化合物：
Figure FDA0003229582690000011
其中，
R选自取代或未取代的C1-C10烃基，取代基选自苯基、C1-C6烷基、C1-C6烯基；
X为硫原子或磷原子；
在上述结构式I中，R1和R2各自独立地选自氟原子、氯原子、溴原子、取代或未取代的C1-C10烃基，其中取代基含有氟、氯、溴、碘、氮、氧中的一种或几种元素；
在上述结构式I′中，R1选自氟原子、氯原子、溴原子、取代或未取代的C1-C10烃基，R2选自氧原子，其中取代基含有氟、氯、溴、碘、氮、氧中的一种或几种元素。
2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述添加剂包括结构式I-1或结构式I′-1所示的磺内酰胺化合物：
Figure FDA0003229582690000021
其中，在上述结构式I-1中，X为磷原子且R1和R2各自独立地选自F、Cl、Br、未取代的或卤素取代的C1-C4的烃基；或
在上述结构式I′-1中，X为硫原子，R2为氧原子，R1选自F、Cl、Br、卤素取代的C1-C4的烃基；
n为1、2或3。
3.根据权利要求2所述的电解液，其特征在于，在上述结构式I-1中，所述R1或R2选自F、-CH3、-C2H5、-C3H7、-C4H9、-CF3、-C2F5、直链-C3F7、直链-C4F9、-CH2CF3、-CH(CF3)2。
4.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述添加剂包括下述物质之一：
Figure FDA0003229582690000022
5.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述添加剂包括
Figure FDA0003229582690000031
6.根据权利要求1至5任一项所述的电解液，其特征在于，以电解液的总质量计，所述磺内酰胺化合物在电解液中的质量百分含量为0.5％～15％。
7.根据权利要求1至5任一项所述的电解液，其特征在于，以电解液的总质量计，所述磺内酰胺化合物在电解液中的质量百分含量为3％～10％。
8.根据权利要求1至5任一项所述的电解液，其特征在于，其还包括成膜添加剂、阻燃添加剂、防过充添加剂或导电添加剂。
9.根据权利要求8所述的电解液，其特征在于，所述成膜添加剂为氟代碳酸亚乙酯。
10.一种锂金属电池，其包括正极、电解液、负极和设置于正极与负极之间的隔离膜，其中，所述电解液为根据权利要求1至9任一项所述的电解液，所述负极包括含锂金属材料。
11.根据权利要求10所述的锂金属电池，其特征在于，所述含锂金属材料为金属锂或锂合金。
12.根据权利要求11所述的锂金属电池，其特征在于，所述锂合金包括Li-Sn合金、Li-Sn-O合金、Li-Mg合金、Li-B合金及Li-Al合金中的一种或几种。
13.根据权利要求11所述的锂金属电池，其特征在于，正极极片中的水分含量为1mg/Ah～100mg/Ah，且电解液中磺内酰胺化合物与正极极片中的水分的摩尔比为0.1∶1～10∶1。
14.根据权利要求11所述的锂金属电池，其特征在于，正极极片中的水分含量为1mg/Ah～100mg/Ah，且电解液中磺内酰胺化合物与正极极片中的水分的摩尔比为0.5∶1～2∶1。
15.根据权利要求11所述的锂金属电池，其特征在于，所述电解液的注液量为0.5g/Ah～5g/Ah。
16.根据权利要求11所述的锂金属电池，其特征在于，所述电解液的注液量为1g/Ah～3g/Ah。
17.根据权利要求13或14所述的锂金属电池，其特征在于，所述含锂金属材料的表面的界面膜包含硫酸盐、磺酸锂盐和聚磺酰亚胺中的至少一种。
18.根据权利要求17所述的锂金属电池，其特征在于，所述界面膜包含硫酸盐、磺酸锂盐和聚磺酰亚胺。
19.根据权利要求10所述的锂金属电池，其特征在于，所述正极包含正极活性物质，所述正极活性物质为锂过渡金属复合氧化物，其中过渡金属为Mn、Fe、Ni、Co、Cr、Ti、Zn、V、Al、Zr、Ce及Mg中的一种或多种。
20.根据权利要求19所述的锂金属电池，其特征在于，所述锂过渡金属复合氧化物为LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2、LiFePO4、LiCoO2或LiNi0.80Co0.15Al0.05O2。
21.一种手机，包括根据权利要求10至20任一项所述的锂金属电池。
22.一种汽车，包括根据权利要求10至20任一项所述的锂金属电池。
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