锂金属电池电解液及锂金属电池的制作方法

本发明涉及锂金属电池制备，具体涉及一种锂金属电池电解液及锂金属电池。

背景技术：

1、电子产品和电动汽车的蓬勃发展对电池储能器件的比能量需求日益增高。近20年来，以石墨为负极、搭配磷酸铁锂或三元正极的锂离子电池已经得到广泛的应用和发展。然而，由于传统石墨负极材料较低的理论比容量(372mah·g-1)以及较高的电位，造成传统锂离子电池无法进一步突破其比能量瓶颈(260wh·kg-1)。因此我们需要进一步去探索具有高理论比容量和低电位的负极材料，从而在电池材料体系上使电池达到更高的比能量。锂金属作为负极材料使用具有高理论比容量(3860mah g-1)和低电位等优点，搭配过渡金属氧化物正极构成锂金属电池时，其比能量可以提升到约440wh·kg-1。

2、然而，由于锂金属负极表面不均匀的固态电解质界面(sei)导致锂枝晶生成，锂金属电池存在寿命短和安全性差的问题，这些问题使锂金属电池难以实现商业化。sei的均匀性可以通过设计电解液成分调控。其中，电解液中采用lino3添加剂，可以形成含linxoy的sei，是提高sei均匀性、稳定锂金属负极进而提高锂金属电池寿命和安全性的有效方法。但是lino3在电解液、尤其是采用酯类溶剂的电解液中的溶解性差(<0.12m)，阻碍了其在锂金属电池中的应用。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种锂金属电池电解液及锂金属电池，解决了lino3在电解液中溶解性差的技术问题。

3、(二)技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

5、一方面，本发明提供一种锂金属电池电解液，所述锂金属电池电解液包括溶剂、锂盐和添加剂，所述添加剂为有机硝酸盐，所述有机硝酸盐选自结构如式ⅰ所示的吡咯烷硝酸盐、结构如式ⅱ所示的咪唑硝酸盐、结构如式ⅲ所示的吡啶硝酸盐中的一种或多种，

6、

7、优选地，所述吡咯烷硝酸盐中的r1选自c1～c4烷基中的任一种。

8、优选地，所述咪唑硝酸盐中的r2选自-h、c1～c4烷基中的任一种，r3选自c1～c4烷基中的任一种，且r2和r3总碳数小于等于5。

9、优选地，所述吡啶硝酸盐中的r4选自-h、c1～c4烷基中的任一种，r5选自c1～c4烷基中的任一种，且r4和r5总碳数小于等于5。

10、优选地，所述有机硝酸盐在所述锂金属电池电解液中的浓度为0.1m～0.5m。

11、优选地，所述溶剂选自碳酸酯、醚类、腈类及酰胺类中的一种或多种。

12、优选地，所述锂盐选自六氟磷酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂中的一种或多种。

13、另一方面，本发明提供一种锂金属电池，包括正极、负极、隔膜和电解液，所述负极为锂金属，所述电解液为上述的电解液。

14、(三)有益效果

15、本发明提供了一种锂金属电池电解液及锂金属电池。与现有技术相比，具备以下有益效果：

16、本发明提供了一种采用有机硝酸盐添加剂的锂金属电池电解液，有机阳离子上的有机片段可以提高硝酸盐在有机溶剂中的溶解度，溶解的no3-在锂金属负极表面形成含linxoy的均匀sei，抑制锂枝晶形成，从而提高锂金属电池寿命和安全性。同时，本发明提供的有机硝酸盐化学和电化学性质稳定，从而避免副反应恶化电池循环；本发明提供的有机硝酸盐溶解后电导率良好，不会由于降低电解液电导率从而增加电池内阻。

技术特征：

1.一种锂金属电池电解液，所述锂金属电池电解液包括溶剂、锂盐和添加剂，其特征在于，所述添加剂为有机硝酸盐，所述有机硝酸盐选自结构如式ⅰ所示的吡咯烷硝酸盐、结构如式ⅱ所示的咪唑硝酸盐、结构如式ⅲ所示的吡啶硝酸盐中的一种或多种，

2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述吡咯烷硝酸盐中的r1选自c1～c4烷基中的任一种。

3.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述咪唑硝酸盐中的r2选自-h、c1～c4烷基中的任一种，r3选自c1～c4烷基中的任一种，且r2和r3总碳数小于等于5。

4.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述吡啶硝酸盐中的r4选自-h、c1～c4烷基中的任一种，r5选自c1～c4烷基中的任一种，且r4和r5总碳数小于等于5。

5.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述有机硝酸盐在所述锂金属电池电解液中的浓度为0.1m～0.5m。

6.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述溶剂选自碳酸酯、醚类、腈类及酰胺类中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述锂盐选自六氟磷酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂中的一种或多种。

8.一种锂金属电池，包括正极、负极、隔膜和电解液，所述负极为锂金属，其特征在于，所述电解液为权利要求1～7中任意一项所述的电解液。

技术总结
本发明提供锂金属电池电解液及锂金属电池，涉及锂金属电池制备技术领域。锂金属电池电解液包括溶剂、锂盐和添加剂，添加剂为有机硝酸盐，有机硝酸盐选自结构如式Ⅰ所示的吡咯烷硝酸盐、结构如式Ⅱ所示的咪唑硝酸盐、结构如式Ⅲ所示的吡啶硝酸盐中的一种或多种，有机阳离子可以提高硝酸盐在电解液中的溶解度，溶解的在锂金属负极表面形成含LiNxOy的均匀SEI，抑制锂枝晶形成，从而提高锂金属电池寿命和安全性。

技术研发人员：李圆圆,刘超辉,王辉,谢强胜,陈宇,王超,赵秀萍
受保护的技术使用者：合肥国轩高科动力能源有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/7/18