CN113948772A - 一种锂金属电池的液态电解质 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种锂金属电池用液态电解质，其包括锂盐、溶剂和添加剂，其中，所述溶剂包括醚类化合物。本申请提供的液态电解质中由于加入了醚类化合物，使得到的液态电解质与锂金属电池有很好的相容性，能够确保电池具有优异的长循环性能。

Description

一种锂金属电池的液态电解质
技术领域
本发明涉及锂金属电池技术领域，尤其涉及一种锂金属电池的液态电解质。
背景技术
锂离子电池具有较高的能量密度和良好的循环寿命，因此被广泛应用于手机等便携式电子设备以及电动汽车。然而，锂离子电池的能量密度已经接近其最大值(接近300瓦时每千克)。随着人们对手机和电动汽车的续航能力提出更高的要求，寻找可替代锂离子电池的高能量密度电池体系势在必行。锂金属电池使用具有极高比容量和氧化还原电位的锂金属作为负极材料，因此具有极高的理论能量密度(>500瓦时每千克)，是下一代高能量电池体系的绝佳选择。
然而，锂金属电池的实际应用受到循环寿命的严重制约，主要是由于电极与电解液之间的界面不稳定。由于锂金属具有极高的活性，与电解液发生剧烈反应，形成一层无机物和有机物混合的界面层；该界面层在锂金属电池循环过程中不断变化，增加了锂金属电池的极化，极大地影响锂金属电池的循环性能。在高电压(>4伏)的锂金属电池中，该界面层更加不稳定，电解液在正极发生的反应变得更加剧烈，产生酸类以及气体，加剧锂金属电池界面的不稳定性。
因此，锂金属电池电极界面的稳定性与电解液有十分大的相关性。电解液的溶质、溶剂以及添加剂种类，都对电极界面的成分和结构有巨大影响，进而影响电极界面的稳定性和锂金属电池的循环性能。这种影响在高电压锂金属电池体系表现得更加明显，因此开发适用于高电压锂金属电池的新型电解液十分必要。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种锂金属电池的液态电解质，其与高电压锂金属电池具有很好的相容性，能够确保电池具有优异的长循环性能。
有鉴于此，本申请提供了一种锂金属电池的液态电解质，包括锂盐、溶剂和添加剂，所述溶剂包括醚类化合物。
优选的，所述醚类化合物选自乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、乙二醇二丁醚、2,2-二甲氧基丙烷、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚和双(2,2,2-三氟乙基)醚中的一种或多种。
优选的，所述溶剂中醚类化合物的体积分数为20～100％。
优选的，所述液态电解质中所述添加剂的质量分数为0～10wt％。
优选的，所述锂盐选自双三氟甲烷磺酰亚胺锂和双氟甲烷磺酰亚胺锂中的一种或两种。
优选的，所述添加剂选自1,3-二氧五环、1,4-二氧六环和双氟磺酰亚胺钾中的一种或多种。
优选的，所述锂盐的浓度为1～3M。
优选的，所述溶剂中还包括氟苯、1,4-二氟苯、1,3-二氟苯和1,2-二氟苯中的一种或多种。
本申请提供了一种锂金属电池用液态电解质，其包括锂盐、溶剂和添加剂，其中，所述溶剂包括醚类化合物。本申请提供的液态电解质中由于加入了醚类化合物，使得到的液态电解质与锂金属电池有很好的相容性，能够确保电池具有优异的长循环性能。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明实施例公开了一种锂金属电池用液态电解质，包括锂盐、溶剂和添加剂，所述溶剂包括醚类化合物。
在本申请中，所述锂金属电池用液态电解质是将各种原料直接混合得到，具体是将锂盐加入至两种或以上溶剂组成的混合溶液中，再加入或不加入添加剂。
本申请中的锂盐具体选自磺酰亚胺类锂盐，更具体选自双三氟甲烷磺酰亚胺锂和双氟甲烷磺酰亚胺锂中的一种或两种，所述电解质中的锂盐的浓度为1～3M，在具体实施例中，所述锂盐的浓度为2M。本申请中，所述锂盐的浓度是指锂盐在溶剂中的摩尔浓度。
本申请的溶剂中包括醚类化合物，具体选自乙二醇二甲醚(DME)、乙二醇二乙醚(DEE)、乙二醇二丁醚(DBE)、2,2-二甲氧基丙烷(DMP)、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚(TTE)和双(2,2,2-三氟乙基)醚(BTFE)中的一种或两种。所述溶剂中还包括氟苯(FB)、1,4-二氟苯(1,4-DFB)、1,3-二氟苯(1,3-DFB)和1,2-二氟苯(1,2-DFB)中的一种或者多种。所述醚类化合物的体积分数为20～100％，该体积分数是醚类化合物占所有溶剂总量的体积分数。
本申请所述液态电解质中还包括添加剂，所述添加剂选自1,3-二氧五环、1,4-二氧六环和双氟磺酰亚胺钾中的一种或多种。所述添加剂的含量为0～10％，所述添加剂的质量分数是相对于锂盐、溶剂和添加剂的质量之和而言的。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的锂金属电池的液态电解质进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例
将锂盐、溶剂混合，得到混合溶液，再将添加剂加入至混合溶液中，即得到液态电解质；具体的锂盐、溶剂和添加剂的选择以及用量具体如表1所示，检测电池容量保持率，具体如表1所示；
表1不同电解液成分以及电池容量保持率数据表
Figure BDA0003305455890000031
Figure BDA0003305455890000041
由上述的实施例可知，高电压锂金属电池匹配碳酸酯体系电解液时，容量保持率较差，而由磺酰亚胺类锂盐、醚类和添加剂组成的电解液能够得到高性能的高电压锂金属电池。同时，醚类在电解液中的比例与电池性能之间没有简单的对应关系，与醚的种类，以及添加剂的种类与含量都有关。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种锂金属电池的液态电解质，包括锂盐、溶剂和添加剂，其特征在于，所述溶剂包括醚类化合物。
2.根据权利要求1所述的液态电解质，其特征在于，所述醚类化合物选自乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、乙二醇二丁醚、2,2-二甲氧基丙烷、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚和双(2,2,2-三氟乙基)醚中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的液态电解质，其特征在于，所述溶剂中醚类化合物的体积分数为20～100％。
4.根据权利要求1所述的液态电解质，其特征在于，所述液态电解质中所述添加剂的质量分数为0～10wt％。
5.根据权利要求1所述的液态电解质，其特征在于，所述锂盐选自双三氟甲烷磺酰亚胺锂和双氟甲烷磺酰亚胺锂中的一种或两种。
6.根据权利要求1所述的液态电解质，其特征在于，所述添加剂选自1,3-二氧五环、1,4-二氧六环和双氟磺酰亚胺钾中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的液态电解质，其特征在于，所述锂盐的浓度为1～3M。
8.根据权利要求1所述的液态电解质，其特征在于，所述溶剂中还包括氟苯、1,4-二氟苯、1,3-二氟苯和1,2-二氟苯中的一种或多种。
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