CN115548437A - 一种阴离子调控的锂金属电池电解液 - Google Patents

一种阴离子调控的锂金属电池电解液 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种阴离子调控的锂金属电池电解液，属于锂电池技术领域，所述锂金属电池电解液包括锂盐、溶剂和离子添加剂；所述离子添加剂为磺酸亚胺锂盐和/或含草酸基团的锂盐。通过引入磺酰亚胺锂盐形成磺酰亚胺阴离子参与的Li+的溶剂化结构，降低Li+的去溶剂化能，提升电池的放电性能。同时，引入含草酸基团的锂盐，通过其优先的还原/氧化分解，构筑均匀、高Li+电导率的电极‑电解质界面膜，提升电池的稳定性和倍率性能。

Description

一种阴离子调控的锂金属电池电解液
技术领域
本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种阴离子调控的锂金属电池电解液。
背景技术
为了满足电动汽车和军用电子设备的长续航需求，提升现有锂离子电池的能量密度成为共识。锂金属由于具有最低电极电势(-3.04Vvs.标准氢电极)和超高理论比容量(3860mAh/g)被认为是下一代可充电电池的终极负极。据估算，结合锂金属负极和高电压正极的锂金属电池能够使得电池的能量密度提升至500Wh/kg。然而，锂金属负极表面锂枝晶生长导致锂金属电池发生快速的容量衰减和电解液耗尽。此外，在高工作电压(≥4.3V)下正极容易发生不可逆的结构破坏和过渡金属离子溶出，导致电池的循环寿命缩短。因而，锂金属电池的实际应用面临巨大的挑战。
作为电池中的重要组成部分，电解液中的溶剂化结构直接影响着可充电电池的电化学性能，包括循环稳定性和倍率性能。在商业化碳酸酯电解液中，溶剂化结构以溶剂与Li+的相互作用为主，形成的电极-电解质界面膜以溶剂分解形成的有机物为主，这种界面膜呈现出不均匀性、高电阻和亲锂性。在负极端，锂金属沉积/剥离产生的巨大体积膨胀使得固体电解质界面膜易于破裂，导致锂金属发生不均匀沉积并与电解液持续地发生副反应，因而锂的沉积/剥离库伦效率较低。在正极端，由于电解液中形成的Li+溶剂化结构具有较高的结合能，Li+的去溶剂化能垒高，不利于溶剂化结构的快速演变；并且，正极电解质界面膜中的组分Li+电导率低，Li+在正极电解质界面膜中的传输缓慢，无法实现高倍率下快速的Li+嵌入，导致低的放电容量。因此，调整电解液中Li+的溶剂化结构和构筑均匀、稳定、高Li+电导的电极-电解质界面膜是提升锂金属电池循环寿命及功率性能的关键。
为了提升锂金属电池的电化学性能，含功能性添加剂电解液、高浓电解液、局部高浓电解液、氟化电解液、弱溶剂化电解液等被开发出来。但是，这些电解液设计仅能实现单一方面的性能增强。在实际测试条件下，锂金属电池的循环寿命和倍率性能仍然无法满足使用需求。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种阴离子调控的锂金属电池电解液，通过引入磺酰亚胺锂盐形成磺酰亚胺阴离子参与的Li+的溶剂化结构，降低Li+的去溶剂化能，提升电池的放电性能。同时，引入含草酸基团的锂盐，通过其优先的还原/氧化分解，构筑均匀、高Li+电导率的电极-电解质界面膜，提升电池的稳定性和倍率性能。
为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：
一种阴离子调控的锂金属电池电解液，所述锂金属电池电解液包括锂盐、溶剂和离子添加剂；所述离子添加剂为磺酸亚胺锂盐和/或含草酸基团的锂盐。
进一步地，所述锂盐为六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)和高氯酸锂(LiClO4)中的至少一种。
进一步地，所述锂盐的摩尔浓度为0.05-1.2mol/L。
进一步地，所述溶剂为碳酸乙烯酯(EC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二乙酯(DEC)中的至少一种。
更进一步地，所述溶剂为碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯/碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯/碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯/碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯/碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯/碳酸甲乙酯/碳酸二乙酯、氟代碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯、氟代碳酸乙烯酯/碳酸甲乙酯和氟代碳酸乙烯酯/碳酸二乙酯组合中的一种；优选的，当溶剂为两种的组合时，两种溶剂的体积比为1:(1-7)；当溶剂为三种的组合时，三种溶剂的体积比为1:(2-3):(1-2)。更优选的比例为1:1、1:2、3:7、1:3、1:4、1:1:1、3:5:2和1:2:1。
进一步地，所述磺酸亚胺锂盐为双(氟磺酰)亚胺锂(LiFSI)、(氟磺酰)(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiFTFSI)、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiTFSI)、双(五氟乙基磺酰)亚胺锂(LiPFSI或者LiBETI)和双(九氟丁基磺酰)亚胺锂(LiNFSI)中的至少一种。
进一步地，所述含草酸基团的锂盐为二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)、双草酸硼酸锂(LiBOB)、二氟双草酸磷酸锂(LiDFBOP)和四氟草酸磷酸锂(LiTFOP)中的至少一种。
进一步地，所述磺酸亚胺锂盐的摩尔浓度为0.1-2mol/L；所述含草酸基团的锂盐的摩尔浓度为0.05-0.5mol/L。
本发明还提供一种阴离子调控的锂金属电池电解液的制备方法，包括以下步骤：
将锂盐溶于溶剂中，磁力搅拌至锂盐完全溶解，然后加入离子添加剂，继续磁力搅拌，即得到阴离子调控的锂金属电池电解液。
本发明还提供一种锂金属电池，包括正极、负极和上述阴离子调控的锂金属电池电解液，其中，正极为钴酸锂(LiCoO2)、镍钴锰层状氧化物(LiNixCoyMnzO2，(x≥0.3，x+y+z＝1))或锰酸锂(LiMn2O4)，负极为锂金属。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)磺酰亚胺阴离子参与的Li+溶剂化结构显著降低Li+的去溶剂能，提升电池的倍率性能；
(2)含草酸基团阴离子分解形成有利于Li+均匀、快速传输的电极-电解质界面膜，抑制锂枝晶、提升高压正极的稳定性和放电性能；
(3)本发明制备的电解液可以实现400Wh/kg软包锂金属电池在5C的放电倍率及520Wh/kg软包锂金属电池的稳定循环；
(4)本发明制备的电解液可以实现锂金属电池在-20℃的低温循环。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1制备的阴离子调控的锂金属电池电解液在Li||LiNi0.83Co0.11Mn0.06O2(NCM83)锂金属半电池的倍率性能；
图2为实施例1制备的阴离子调控的锂金属电池电解液在Li||LiCoO2(LCO)锂金属半电池的倍率性能；
图3为实施例2制备的阴离子调控的锂金属电池电解液在Li||NCM83锂金属半电池的倍率性能；
图4为实施例3制备的阴离子调控的锂金属电池电解液在Li||NCM83锂金属半电池的倍率性能；
图5为实施例4制备的阴离子调控的锂金属电池电解液在Li||NCM83锂金属半电池的倍率性能；
图6为实施例5制备的阴离子调控的锂金属电池电解液在Li||NCM83锂金属半电池的倍率性能；
图7为实施例6制备的阴离子调控的锂金属电池电解液在Li||NCM83锂金属半电池的倍率性能；
图8为实施例7制备的阴离子调控的锂金属电池电解液在Li||NCM83锂金属半电池的倍率性能；
图9为实施例8制备的阴离子调控的锂金属电池电解液在Li||NCM83锂金属半电池的倍率性能；
图10为实施例8制备的阴离子调控的锂金属电池电解液在Li||NCM83锂金属半电池在1C充电倍率和1C放电倍率下的循环稳定性；
图11为实施例8制备的阴离子调控的锂金属电池电解液在Li||NCM83锂金属全电池在0.2C充电倍率和0.3C放电倍率下的循环稳定性；
图12为实施例8制备的阴离子调控的锂金属电池电解液在400Wh/kgLi||NCM83软包锂金属电池的倍率性能；
图13为实施例8制备的阴离子调控的锂金属电池电解液在520Wh/kgLi||NCM83软包锂金属电池的循环稳定性；
图14为实施例8制备的阴离子调控的锂金属电池电解液在Li||LCO锂金属半电池的倍率性能；
图15是实施例8制备的阴离子调控的锂金属电池电解液在Li||LCO锂金属半电池在1C的充电倍率和1C的放电倍率下的循环稳定性。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
本发明所用原料购买自苏州多多化学科技有限公司和珠海市赛纬电子材料股份有限公司。
本发明提供的阴离子调控的锂金属电池电解液，磺酸亚胺阴离子优先进入Li+溶剂化结构，所形成的溶剂化结构具有更低的去溶剂化能，提升锂金属电池高倍率下的放电性能。含草酸基团的锂盐通过优先分解，在电极表面构筑均匀、高Li+电导率的电极-电解质界面膜，抑制锂枝晶及电极与电解液的副反应，增强锂金属电池的循环寿命和倍率性能。该阴离子调控的锂金属电池电解液使得400Wh/kg软包锂金属电池在5C下具有优异的放电性能，并能实现520Wh/kg软包锂金属电池稳定循环，极具应用前景。具体方案如下：
一种阴离子调控的锂金属电池电解液，所述锂金属电池电解液包括锂盐、溶剂和离子添加剂；所述离子添加剂为磺酸亚胺锂盐和/或含草酸基团的锂盐。
在一些优选实施例中，所述锂盐为六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)和高氯酸锂(LiClO4)中的至少一种。最优选为六氟磷酸锂(LiPF6)。
在一些优选实施例中，所述锂盐的摩尔浓度为0.05-1.2mol/L。最优选为1.0mol/L。
在一些优选实施例中，所述溶剂为碳酸乙烯酯(EC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二乙酯(DEC)中的至少一种。
在一些更优选实施例中，所述溶剂为碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯/碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯/碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯/碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯/碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯/碳酸甲乙酯/碳酸二乙酯、氟代碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯、氟代碳酸乙烯酯/碳酸甲乙酯和氟代碳酸乙烯酯/碳酸二乙酯组合中的一种；最优选为氟代碳酸乙烯酯/碳酸甲乙酯。优选的，当溶剂为两种的组合时，两种溶剂的体积比为1:(1-7)；当溶剂为三种的组合时，三种溶剂的体积比为1:(2-3):(1-2)。更优选的比例为1:1、1:2、3:7、1:3、1:4、1:1:1、3:5:2和1:2:1。最优选为1:3。
在一些优选实施例中，所述磺酸亚胺锂盐为双(氟磺酰)亚胺锂(LiFSI)、(氟磺酰)(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiFTFSI)、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiTFSI)、双(五氟乙基磺酰)亚胺锂(LiPFSI或者LiBETI)和双(九氟丁基磺酰)亚胺锂(LiNFSI)中的至少一种。
在一些优选实施例中，所述含草酸基团的锂盐为二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)、双草酸硼酸锂(LiBOB)、二氟双草酸磷酸锂(LiDFBOP)和四氟草酸磷酸锂(LiTFOP)中的至少一种。
在一些优选实施例中，所述磺酸亚胺锂盐的摩尔浓度为0.1-2mol/L；最优选为1.0mol/L。所述含草酸基团的锂盐的摩尔浓度为0.05-0.5mol/L；最优选为0.1mol/L。
本发明还提供一种阴离子调控的锂金属电池电解液的制备方法，包括以下步骤：
将锂盐溶于溶剂中，磁力搅拌至锂盐完全溶解，然后加入离子添加剂，继续磁力搅拌(搅拌时间为30min-24h，优选为30min或24h，搅拌时间的差异是由不同原料的溶解度不同所导致的，对最终产品性能不存在影响)，即得到阴离子调控的锂金属电池电解液。
本发明还提供一种锂金属电池，包括正极、负极和上述阴离子调控的锂金属电池电解液，其中，正极为钴酸锂(LiCoO2)、镍钴锰层状氧化物(LiNixCoyMnzO2，(x≥0.3，x+y+z＝1))或锰酸锂(LiMn2O4)，负极为锂金属。
在下述实施例中，可采用2032型纽扣电池组装扣式电池，
1)在锂金属半电池中以450μm的锂片为负极，面载量为2.0mAh cm-2的NCM83(LiNi0.83Co0.11Mn0.06O2)为正极，每颗电池中电解液的用量为40μL；
2)在锂金属全电池中锂金属负极的厚度为50μm，NCM83正极的面载量为4.2mAhcm-2，电解液的用量为9μL；
3)在锂金属半电池中以450μm的锂片为负极，面载量为2.6mAh cm-2的LiCoO2为正极，每颗电池中电解液的用量为40μL。
也可以采用Li||NCM83锂金属软包电池以50μm的锂带为负极，4.6mAhcm-2的NCM83为正极，对于400Wh/kg的软包电池电解液用量为2.0g/Ah，而在520Wh/kg的软包电池中电解液用量为1.3g/Ah。
每组实施例与相对应对比例的唯一区别为实施例中含离子添加剂而对比例中不含离子添加剂。
实施例1
一种阴离子调控的锂金属电池电解液，原料为锂盐、溶剂和离子添加剂；其中：
锂盐为六氟磷酸锂(LiPF6)，在溶剂中摩尔浓度为1.0mol/L；
溶剂为氟代碳酸乙烯酯(FEC)和碳酸甲乙酯(EMC)，二者体积比为1:3。
离子添加剂为双(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiTFSI)，在溶剂中的摩尔浓度为1.0mol/L。
制备方法为：
按体积比将溶剂混合，然后将锂盐溶于溶剂中，磁力搅拌至锂盐完全溶解，然后加入离子添加剂，继续磁力搅拌30min，即得到阴离子调控的锂金属电池电解液。
1、将该电解液用于Li||NCM83锂金属半电池进行倍率性能测试，测试条件为：以0.3C(1C＝200mA/g)的倍率恒流充电至4.4V，在4.4V恒压充电至电流小于0.05C后，以不同的倍率(0.3-20C)放电至2.7V。测试结果如图1所示，可以发现，在10C、15C和20C的放电倍率下分别发挥出172.3mAh/g、156.7mAh/g和115.6mAh/g的比容量，而在相同测试条件下对比例的放电比容量仅为142.8mAh/g、72.0mAh/g和32.2mAh/g。
2、将该电解液用于Li||LCO锂金属半电池进行倍率性能测试，测试条件为：以0.3C(1C＝180mA/g)的倍率恒流充电至4.5V，在4.5V恒压充电至电流小于0.05C后，以不同的倍率(0.3-10C)放电至3.0V。测试结果如图2所示，可以发现，在10C的放电倍率下发挥出120.9mAh/g的比容量，而在相同测试条件下对比例的放电比容量仅为91.0mAh/g。
实施例2
同实施例1，区别在于，离子添加剂为摩尔浓度为1.0mol/L的双(氟磺酰)亚胺锂(LiFSI)。
将该电解液用于Li||NCM83锂金属半电池进行倍率性能测试，测试条件为：以0.3C(1C＝200mA/g)的倍率恒流充电至4.4V，在4.4V恒压充电至电流小于0.05C后，以不同的倍率(0.3-20C)放电至2.7V。测试结果如图3所示，可以看出，在10C、15C和20C的放电倍率下分别发挥出167.8mAh/g、150.8mAh/g和104.4mAh/g的比容量，而在相同测试条件下对比例的放电比容量仅为142.8mAh/g、72.0mAh/g和32.2mAh/g。
实施例3
同实施例1，区别在于，离子添加剂为摩尔浓度为0.2mol/L的二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)。
将该电解液用于Li||NCM83锂金属半电池进行倍率性能测试，测试条件为：以0.3C(1C＝200mA/g)的倍率恒流充电至4.4V，在4.4V恒压充电至电流小于0.05C后，以不同的倍率(0.3-20C)放电至2.7V。测试结果如图4所示，可以看出，在10C、15C和20C的放电倍率下分别发挥出173.9mAh/g、138.3mAh/g和94.5mAh/g的比容量，而在相同测试条件下对比例的放电比容量仅为142.8mAh/g、72.0mAh/g和32.2mAh/g。
实施例4
同实施例1，区别在于，离子添加剂为摩尔浓度为0.05mol/L的双草酸硼酸锂(LiBOB)。制备方法为：按体积比将溶剂混合，然后将锂盐溶于溶剂中，磁力搅拌至锂盐完全溶解，然后加入离子添加剂，继续磁力搅拌2h，即得到阴离子调控的锂金属电池电解液。
将该电解液用于Li||NCM83锂金属半电池进行倍率性能测试，测试条件为：以0.3C(1C＝200mA/g)的倍率恒流充电至4.4V，在4.4V恒压充电至电流小于0.05C后，以不同的倍率(0.3-20C)放电至2.7V。测试结果如图5所示，可以看出，在10C、15C和20C的放电倍率下分别发挥出170.6mAh/g、134.2mAh/g和91.1mAh/g的比容量，而在相同测试条件下对比例的放电比容量仅为142.8mAh/g、72.0mAh/g和32.2mAh/g。
实施例5
同实施例1，区别在于，离子添加剂为摩尔浓度为0.1mol/L的二氟双草酸磷酸锂(LiDFBOP)。制备方法为：按体积比将溶剂混合，然后将锂盐溶于溶剂中，磁力搅拌至锂盐完全溶解，然后加入离子添加剂，继续磁力搅拌24h，即得到阴离子调控的锂金属电池电解液。
将该电解液用于Li||NCM83锂金属半电池进行倍率性能测试，测试条件为：以0.3C(1C＝200mA/g)的倍率恒流充电至4.4V，在4.4V恒压充电至电流小于0.05C后，以不同的倍率(0.3-20C)放电至2.7V。测试结果如图6所示，可以看出，在10C、15C和20C的放电倍率下分别发挥出170.6mAh/g、130.8mAh/g和82.2mAh/g的比容量，而在相同测试条件下对比例的放电比容量仅为142.8mAh/g、72.0mAh/g和32.2mAh/g。
实施例6
同实施例1，区别在于，离子添加剂为摩尔浓度为0.4mol/L的四氟草酸磷酸锂(LiTFOP)。制备方法为：按体积比将溶剂混合，然后将锂盐溶于溶剂中，磁力搅拌至锂盐完全溶解，然后加入离子添加剂，继续磁力搅拌1h，即得到阴离子调控的锂金属电池电解液。
将该电解液用于Li||NCM83锂金属半电池进行倍率性能测试，测试条件为：以0.3C(1C＝200mA/g)的倍率恒流充电至4.4V，在4.4V恒压充电至电流小于0.05C后，以不同的倍率(0.3-20C)放电至2.7V。测试结果如图7所示，可以看出，在10C、15C和20C的放电倍率下分别发挥出170.6mAh/g、140.0mAh/g和93.4mAh/g的比容量，而在相同测试条件下对比例的放电比容量仅为142.8mAh/g、72.0mAh/g和32.2mAh/g。
实施例7
同实施例1，区别在于，离子添加剂为摩尔浓度为1mol/L的双(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiTFSI)和摩尔浓度为0.1mol/L的二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)。
将该电解液用于Li||NCM83锂金属半电池进行倍率性能测试，测试条件为：以0.3C(1C＝200mA/g)的倍率恒流充电至4.4V，在4.4V恒压充电至电流小于0.05C后，以不同的倍率(0.3-20C)放电至2.7V。测试结果如图8所示，可以看出，在10C、15C和20C的放电倍率下分别发挥出180.0mAh/g、169.2mAh/g和125.5mAh/g的比容量，而在相同测试条件下对比例的放电比容量仅为142.8mAh/g、72.0mAh/g和32.2mAh/g。
实施例8
同实施例5，区别在于，离子添加剂为摩尔浓度为1mol/L的双双(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiTFSI)和摩尔浓度为0.1mol/L的二氟双草酸磷酸锂(LiDFBOP)。
1、将该电解液用于Li||NCM83锂金属半电池进行倍率性能测试，测试条件为：以0.3C(1C＝200mA/g)的倍率恒流充电至4.4V，在4.4V恒压充电至电流小于0.05C后，以不同的倍率(0.3-20C)放电至2.7V。测试结果如图9所示，可以看出，在10C、15C和20C的放电倍率下分别发挥出179.5mAh/g、170.0mAh/g和145.5mAh/g的比容量，而在相同测试条件下对比例的放电比容量仅为142.8mAh/g、72.0mAh/g和32.2mAh/g。
2、将该电解液用于Li||NCM83锂金属半电池进行循环稳定性测试，测试条件为：先以0.1C(1C＝200mA/g)的倍率恒流充电至4.4V，在4.4V恒压充电至电流小于0.05C后，以0.1C的倍率放电至2.7V，并循环3圈。然后，以1.0C的倍率恒流充电至4.4V，在4.4V恒压充电至电流小于0.05C后，以1.0C的倍率放电至2.7V。测试结果如图10所示，可以看出，循环400圈后的容量保持率为80.3％，而对比例的容量保持率仅为32.4％。
3、将该电解液用于Li||NCM83锂金属全电池进行循环稳定性测试，测试条件为：先以0.1C(1C＝200mA/g)的倍率恒流充电至4.4V，在4.4V恒压充电至电流小于0.05C后，以0.1C的倍率放电至2.7V，并循环3圈。然后，以0.2C的倍率恒流充电至4.4V，在4.4V恒压充电至电流小于0.05C后，以0.3C的倍率放电至2.7V。测试结果如图11所示，可以看出，循环100圈后的容量保持率为92.0％。
4、将该电解液用于Li||NCM83锂金属软包电池进行倍率性能和循环稳定性测试，倍率性能测试条件为：以0.2C(1C＝2A)的倍率下恒流充电至4.3V，然后，以不同的倍率(0.1-5C)恒流放电至2.75V，在每个测试倍率下的循环圈数为5圈。测试结果如图12所示，可以看出，在0.1C的倍率下软包电池的容量和能量密度分别为2.2Ah和404Wh/kg，在5C的大倍率下仍能发挥出1.7Ah的容量和255Wh/kg的能量密度。循环稳定性测试条件为：以0.1C(1C＝39A)的倍率下恒流充电至4.4V，然后，以0.1C的倍率恒流放电至2.75V。测试结果如图13所示，可以看出，在0.1C的倍率下软包电池的容量和能量密度分别为39.2Ah和521.4Wh/kg，循环20圈后的容量和能量密度分别为37.6Ah和501.3Wh/kg。
5、将该电解液用于Li||LCO锂金属半电池进行倍率性能测试，测试条件为：以0.3C(1C＝180mA/g)的倍率恒流充电至4.5V，在4.5V恒压充电至电流小于0.05C后，以不同的倍率(0.3-10C)放电至3.0V。测试结果如图14所示，实施例在10C的放电倍率下发挥出137.4mAh/g的比容量，而在相同测试条件下对比例的放电容量仅为91.0mAh/g。
6、将该电解液用于Li||LCO锂金属半电池进行循环稳定性测试，测试条件为：先以0.1C(1C＝180mA/g)的倍率恒流充电至4.5V，在4.5V恒压充电至电流小于0.05C后，以0.1C的倍率放电至3.0V，并循环2圈。然后，以1.0C的倍率恒流充电至4.5V，在4.5V恒压充电至电流小于0.05C后，以1.0C的倍率放电至3.0V。测试结果如图15所示，实施例循环400圈后的容量保持率为84.2％，而对比例的容量保持率仅为35.1％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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。

Claims (10)

1.一种阴离子调控的锂金属电池电解液，其特征在于，所述锂金属电池电解液包括锂盐、溶剂和离子添加剂；所述离子添加剂为磺酸亚胺锂盐和/或含草酸基团的锂盐。
2.根据权利要求1所述的阴离子调控的锂金属电池电解液，其特征在于，所述锂盐为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂和高氯酸锂中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的阴离子调控的锂金属电池电解液，其特征在于，所述锂盐的摩尔浓度为0.05-1.2mol/L。
4.根据权利要求1所述的阴离子调控的锂金属电池电解液，其特征在于，所述溶剂为碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的阴离子调控的锂金属电池电解液，其特征在于，所述溶剂为碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯/碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯/碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯/碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯/碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯/碳酸甲乙酯/碳酸二乙酯、氟代碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯、氟代碳酸乙烯酯/碳酸甲乙酯和氟代碳酸乙烯酯/碳酸二乙酯组合中的一种。
6.根据权利要求1所述的阴离子调控的锂金属电池电解液，其特征在于，所述磺酸亚胺锂盐为双(氟磺酰)亚胺锂、(氟磺酰)(三氟甲基磺酰)亚胺锂、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂、双(五氟乙基磺酰)亚胺锂和双(九氟丁基磺酰)亚胺锂中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的阴离子调控的锂金属电池电解液，其特征在于，所述含草酸基团的锂盐为二氟草酸硼酸锂、双草酸硼酸锂、二氟双草酸磷酸锂和四氟草酸磷酸锂中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的阴离子调控的锂金属电池电解液，其特征在于，所述磺酸亚胺锂盐的摩尔浓度为0.1-2mol/L；所述含草酸基团的锂盐的摩尔浓度为0.05-0.5mol/L。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的阴离子调控的锂金属电池电解液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将锂盐溶于溶剂中，磁力搅拌至锂盐完全溶解，然后加入离子添加剂，继续磁力搅拌，即得到阴离子调控的锂金属电池电解液。
10.一种锂金属电池，其特征在于，包括正极、负极和权利要求1-8任一项所述的阴离子调控的锂金属电池电解液，其中，正极为钴酸锂、镍钴锰层状氧化物或锰酸锂，负极为锂金属。
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