电解液及锂金属电池制造技术

本发明专利技术公开了一种电解液及锂金属电池，电解液包括电解质和溶剂，所述电解质包括硝酸锂，所述溶剂包括第一溶剂，所述第一溶剂为通式

Electrolyte and lithium metal battery

【技术实现步骤摘要】
电解液及锂金属电池
本申请属于电池
，尤其涉及一种电解液及含有该电解液的锂金属电池。
技术介绍
锂金属具有极高的理论比容量(3860mAh/g)和极低的电化学电位(-3.045V)，以锂金属为负极使得锂金属电池具有极高的能量密度。然而锂金属电池面临锂沉积不均带来的一系列问题，如锂金属负极在充放电过程中易产生锂枝晶，与电解液的副反应较多，而降低电池的循环性能，甚至锂枝晶刺穿隔离膜与正极接触导致内短路，严重时会引起失火、爆炸等安全事故，这阻碍了锂金属电池的商业化进程。
技术实现思路
鉴于
技术介绍
中存在的问题，本申请提供一种电解液及锂金属电池，旨在提高锂金属电池的安全性能及循环稳定性。本申请第一方面提供一种电解液，电解液包括电解质和溶剂，所述电解质包括硝酸锂，所述溶剂包括第一溶剂，所述第一溶剂为通式(1)所示的化合物，式(1)中，R1及R2各自独立地为碳原子数为1～6的烃基。本申请第二方面提供一种锂金属电池，包括正极、负极、隔离膜及电解液，所述电解液为本申请第一方面提供的电解液。与现有技术相比，本申请至少包括以下有益效果：本申请提供的电解液中，电解质硝酸锂搭配含有通式(1)所示化合物的溶剂，能够使硝酸锂具有较高的溶解度和解离度，实现电解液较高的电导率，并能够保证负极具有较高的锂沉积/溶出效率，从而提高锂金属电池的循环稳定性；并且，硝酸锂在锂负极上还原产生含有Li3N、LiNxOy的固体电解质界面膜，同时通式(1)所示的化合物也在锂负极上分解产生含N物质，进一步优化了界面膜的组成及结构，使得该界面膜能够改善锂晶面生长的取向，有效抑制了锂枝晶的生成，负极表面为密集的柱状锂沉积，提高锂沉积的均匀性和致密性，并减少与电解液的副反应，从而提高锂金属电池的安全性能及循环稳定性；另外，该界面膜覆盖于负极表面，保证锂离子自由穿过界面膜层的同时，更加有效地阻止了溶剂分子通过，进一步抑制金属锂和电解液的副反应，从而进一步改善锂金属电池的安全性能及循环稳定性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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示出了实施例2的锂金属电池循环稳定性测试后负极沉积锂金属的扫描电镜(SEM)图像。具体实施方式为了使本申请的专利技术目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合实施例对本申请进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的实施例仅仅是为了解释本申请，并非为了限定本申请。为了简便，本文仅明确地公开了一些数值范围。然而，任意下限可以与任何上限组合形成未明确记载的范围；以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围，同样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外，尽管未明确记载，但是范围端点间的每个点或单个数值都包含在该范围内。因而，每个点或单个数值可以作为自身的下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载的范围。在本文的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“以上”、“以下”为包含本数，“一种或几种”中的“几种”的含义是两种以上。本申请的上述
技术实现思路
并不意欲描述本申请中的每个公开的实施方式或每种实现方式。如下描述更具体地举例说明示例性实施方式。在整篇申请中的多处，通过一系列实施例提供了指导，这些实施例可以以各种组合形式使用。在各个实例中，列举仅作为代表性组，不应解释为穷举。电解液本申请第一方面提供一种电解液，所述电解液包括电解质和溶剂。其中，所述电解质包括硝酸锂；所述溶剂包括第一溶剂，第一溶剂为通式(1)所示的化合物。式(1)中，R1及R2各自独立地为碳原子数为1～6的烃基。本申请提供的电解液中，电解质硝酸锂搭配含有通式(1)所示化合物的溶剂，能够使硝酸锂具有较高的溶解度和解离度，实现电解液较高的电导率，并能够保证负极具有较高的锂沉积/溶出效率，从而提高锂金属电池的循环稳定性；并且，硝酸锂在锂负极上还原产生含有Li3N、LiNxOy的固体电解质界面膜，同时通式(1)所示的化合物也在锂负极上分解产生含N物质，进一步优化了界面膜的组成及结构，使得该界面膜能够改善锂晶面生长的取向，有效抑制了锂枝晶的生成，如图1所示，负极表面为密集的柱状锂沉积，提高了锂沉积的均匀性和致密性，并减少与电解液的副反应，从而提高锂金属电池的安全性能及循环稳定性；另外，该界面膜覆盖于负极表面，保证锂离子自由穿过界面膜层的同时，更加有效地阻止了溶剂分子通过，进一步抑制金属锂和电解液的副反应，从而进一步改善锂金属电池的安全性能及循环稳定性。上述界面膜具有较高的结构稳定性，能够适应在长期充放电循环过程中的体积变化。上述界面膜还具有较低的界面阻抗，保证了电池兼具较高的动力学性能。式(1)所示的化合物中，R1、R2的碳原子数越小，电解质在其中的溶解能力越高，电池的倍率性能及循环稳定性越好。优选地，在式(1)中，R1及R2各自独立地为甲基或乙基，更优选地，R1及R2均为甲基。例如，式(1)所示的化合物可以为以下所示化合物中的一种或几种：电解液中硝酸锂的浓度优选为0.5mol/L～6mol/L，使得电解液具有较高的离子电导率。并且，具有较高浓度硝酸锂的电解液，还能够提高锂金属电池的充电截至电压，以保证高电压、高比容量的正极活性物质电化学性能的高效发挥，有效提高电池的能量密度。电解液中硝酸锂的浓度更优选为2mol/L～6mol/L。进一步地，所述溶剂还可选地包括第二溶剂，第二溶剂具有较高的耐高电压能力，从而能够提高电解液的耐高电压性。第二溶剂可以为酯类溶剂及醚类溶剂中的一种或几种。采用第二溶剂可以提高电解液的耐高电压性，进而提高电池的充电截至电压，以便高电压、高比容量正极活性物质的电化学性能高效发挥，有效提高电池的能量密度。作为示例，上述酯类溶剂可以为碳酸酯及卤代碳酸酯中的一种或几种，例如为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸乙丙酯(EPC)、甲酸甲酯(MF)、乙酸甲酯(MA)、乙酸乙酯(EA)、乙酸丙酯(PA)、丙酸甲酯(MP)、丙酸乙酯(EP)、丙酸丙酯(PP)、丁酸甲酯(MB)、丁酸乙酯(EB)以及它们各自的氟代物中的一种或多种，其中优选为碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸乙烯酯(EC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸丙烯酯(PC)及三氟碳酸甲乙酯(TFMEC)中的一种或几种。作为示例，上述醚类溶剂可以是通式为R3O(CH2CH2O)nR4的化合物，其中R3及R4各自独立地为碳原子数为1～4的烃基、n为1～6的整数。优选地，R3及R4均为甲基、n为1～4的整数，例如乙二醇二甲醚(EDM)、二乙二醇二甲醚(DEDM)、三乙二醇二甲本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电解液，包括电解质和溶剂，其特征在于，所述电解质包括硝酸锂，所述溶剂包括第一溶剂，所述第一溶剂为通式(1)所示的化合物，/n

【技术特征摘要】
1.一种电解液，包括电解质和溶剂，其特征在于，所述电解质包括硝酸锂，所述溶剂包括第一溶剂，所述第一溶剂为通式(1)所示的化合物，



所述式(1)中，R1及R2各自独立地为碳原子数为1～6的烃基。


2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述式(1)中，R1及R2各自独立地为甲基或乙基；
优选地，R1及R2均为甲基。


3.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述硝酸锂在所述电解液中的浓度为0.5mol/L～6mol/L，优选为2mol/L～6mol/L。


4.根据权利要求1-3任一项所述的电解液，其特征在于，所述溶剂还包括第二溶剂，所述第二溶剂为酯类溶剂及醚类溶剂中的一种或几种；
所述酯类溶剂为碳酸酯及卤代碳酸酯中的一种或几种；
所述醚类溶剂的通式为R3O(CH2CH2O)nR4，其中，R3及R4各自独立地为碳原子数为1～4的烃基、n为1～6的整数。


5.根据权利要求1所述的电...

【专利技术属性】
技术研发人员：程萌，郭永胜，刘成勇，周晶晶，梁成都，杨军，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35