【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂金属电池，具体涉及一种锂金属电池电解液添加剂、锂金属电池电解液及锂金属电池。
技术介绍
1、进入21世纪以来，随着技术不断升级，先进便携式电子产品、电动汽车等领域对锂离子电池能量密度的要求日益提高，目前，锂离子电池已经成为二次电池的核心品类，高效便捷地解决了当今的能源需求，但锂离子电池(以石墨负极为主)的实际能量密度正逐渐接近理论极限，因此迫切需要开发具有更高能量密度、更低电极电势的锂金属电池来满足未来的能源需求。金属锂由于具有高达3860mah/g的理论比容量及非常低的还原电位-3.04v(相对于标准氢电极)，是作为高能量储存系统的理想负极。目前，制约锂金属二次电池大规模商业化应用的主要障碍是金属锂/电解液界面的不稳定性，表现为金属锂自发与电解液形成的固态电解质膜容易破裂、锂枝晶的形成、电解液的不断消耗、界面阻抗的增大等。电解液和锂之间产生的不均匀的固态电解质界面(sei)膜诱导了锂枝晶的生长，降低了锂金属电池的循环寿命和安全性。目前，为获得一个稳定、高效的锂金属电池体系，研究工作者们已经相继提出在锂电极表面构建人工钝化膜、使用电解液添加剂修饰锂电极界面、金属锂负极结构改性等策略。
2、其中，使用电解液添加剂的技术路线，可避免复杂的锂电极预处理工艺，具有方法简单、成本低的优势。如二氟磷酸锂(lipo2f2)是一种优异的锂盐型添加剂，lipo2f2的加入可以减缓六氟磷酸锂(lipf6)的分解，提高电解液的高电压稳定性，同时该添加剂参与形成的sei膜中含有较多的氟代磷酸锂盐成分，可以提高锂离子的迁移速率
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种锂金属电池电解液添加剂、锂金属电池电解液及锂金属电池，本专利技术提供的锂金属电池电解液添加剂具有高溶解度、能发挥和lino3同样的作用。
2、本专利技术提供了一种锂离子电池电解液添加剂，所述添加剂为具有结构式a或结构式b的化合物：
3、
4、其中，r1～6各自独立的选自空、氢原子、硝酸酯基或碳原子数为1～3的烃基，且r1～6中至少有一个取代基为硝酸酯基，r7～8各自独立的选自氢原子或甲基，x选自硫原子或碳原子。
5、优选的，所述碳原子数为1～3的烃基选自碳原子数为1～3的饱和烃基、碳原子数为1～3的不饱和烯烃基或碳原子数为1～3的不饱和炔烃基，优选为甲基、乙基、乙烯基或乙炔基。
6、优选的，所述添加剂选自化合物(i)～化合物(xi)中的任意一种或多种：
7、
8、本专利技术还提供了一种锂金属电池非水电解液，包括锂盐、非水有机溶剂和上述电解液添加剂。
9、优选的，所述的非水电解液包括：
10、11～25％的锂盐；
11、71.5～86.5％的非水有机溶剂；
12、1.1～5％的总电解液添加剂，所述总电解液添加剂包括权利要求1～3任意一项所述的电解液添加剂。
13、优选的，所述锂盐选自六氟磷酸锂(lipf6)、高氯酸锂(liclo4)、四氟硼酸锂(libf4)、双氟磺酰亚胺锂(lifsi)、双草酸硼酸锂(libob)、二氟草酸硼酸锂(liodfb)和二氟二草酸磷酸锂(lidodfp)中的至少一种。
14、优选的，所述非水有机溶剂选自有机酯类、醚类、砜类或腈类溶剂中的一种或多种；优选为有机酯类溶剂；更优选为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、1,4-丁内酯、甲酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丙酸丁酯、丁酸乙酯、二氟乙酸甲酯、二氟乙酸乙酯、甲基三氟乙基碳酸酯或二(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯中的二种以上混合物。
15、优选的，所述总电解液添加剂中还包括其他种类的添加剂，所述其他种类的添加剂选自碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、硫酸乙烯酯、双硫酸乙烯酯、硫酸丙烯酯、1,3-丙烷磺酸内酯、1,3-丙烯磺酸内酯、1,4-丁磺酸内酯、2,4-丁烷磺内酯、甲磺酸苯酯、甲烷二磺酸亚甲酯、n-苯基双(三氟甲烷磺酰)亚胺、三烯丙基磷酸酯、三(三甲基硅烷)磷酸酯、亚磷酸三甲酯、亚磷酸三苯酯、四甲基亚甲基二磷酸酯、炔丙基磷酸酯、(2-烯丙基苯氧基)三甲硅烷、三(三甲基硅烷)硼酸酯、硼酸三丙酯、1,3,5-三烯丙基异氰脲酸酯、甲基丙烯酸异氰基乙酯、六亚甲基二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、2,4-甲苯二异氰酸酯、1,3,6-己烷三腈、1,2-双(氰乙氧基)乙烷、4,5-二氰基-2-三氟甲基-咪唑锂、二氟磷酸锂或双草酸硼酸锂中的一种或多种。
16、本专利技术还提供了一种锂金属电池，包括正极、负极、隔膜及上述非水电解液。
17、优选的，所述正极材料选自钴酸锂、锰酸锂、三元镍钴锰锂、镍锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂中的一种或多种，优选为钴酸锂；
18、所述负极材料为金属锂或锂合金，优选为锂金属；
19、所述隔膜选自聚丙烯、聚乙烯隔膜，优选为聚乙烯隔膜。
20、与现有技术相比，本专利技术提供了一种锂离子电池电解液添加剂，所述添加剂为具有结构式a或结构式b的化合物。本专利技术所述的锂金属电池电解液添加剂，在碳酸酯溶剂中溶解度较高，不会影响电解液电导率，兼容性强。同时，本专利技术所述的锂金属电池电解液添加剂中含有硝酸酯官能团，可以取得与硝酸锂相同的技术效果，可以在金属锂负极表面生成富含linxoy和li3n的固态电解质界面，改善金属锂负极锂沉积和脱出的均匀性，抑制锂枝晶的产生，从而提高锂金属电池长循环寿命与安全性能。
21、结果表明，采用本专利技术的非水电解液制成的锂金属电池，电化学性能表现更佳，具体表现为制得的钴酸锂电池于3.0-4.6v电压区间内的整体安全性能与循环寿命得到了较大提升。
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1.一种锂离子电池电解液添加剂，其特征在于，所述添加剂为具有结构式A或结构式B的化合物：
2.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液添加剂，其特征在于，所述碳原子数为1～3的烃基选自碳原子数为1～3的饱和烃基、碳原子数为1～3的不饱和烯烃基或碳原子数为1～3的不饱和炔烃基，优选为甲基、乙基、乙烯基或乙炔基。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液添加剂，其特征在于，所述添加剂选自化合物(I)～化合物(XI)中的任意一种或多种：
4.一种锂金属电池非水电解液，其特征在于，包括锂盐、非水有机溶剂和权利要求1～3任意一项所述的电解液添加剂。
5.根据权利要求4所述的非水电解液，其特征在于，包括：
6.根据权利要求4所述的非水电解液，其特征在于，所述锂盐选自六氟磷酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂和二氟二草酸磷酸锂中的至少一种。
7.根据权利要求4所述的非水电解液，其特征在于，所述非水有机溶剂选自有机酯类、醚类、砜类或腈类溶剂中的一种或多种；优选为有机酯类溶剂；更优选为碳酸乙烯酯
8.根据权利要求4所述的非水电解液，其特征在于，所述总电解液添加剂中还包括其他种类的添加剂，所述其他种类的添加剂选自碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、硫酸乙烯酯、双硫酸乙烯酯、硫酸丙烯酯、1,3-丙烷磺酸内酯、1,3-丙烯磺酸内酯、1,4-丁磺酸内酯、2,4-丁烷磺内酯、甲磺酸苯酯、甲烷二磺酸亚甲酯、N-苯基双(三氟甲烷磺酰)亚胺、三烯丙基磷酸酯、三(三甲基硅烷)磷酸酯、亚磷酸三甲酯、亚磷酸三苯酯、四甲基亚甲基二磷酸酯、炔丙基磷酸酯、(2-烯丙基苯氧基)三甲硅烷、三(三甲基硅烷)硼酸酯、硼酸三丙酯、1,3,5-三烯丙基异氰脲酸酯、甲基丙烯酸异氰基乙酯、六亚甲基二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、2,4-甲苯二异氰酸酯、1,3,6-己烷三腈、1,2-双(氰乙氧基)乙烷、4,5-二氰基-2-三氟甲基-咪唑锂、二氟磷酸锂或双草酸硼酸锂中的一种或多种。
9.一种锂金属电池，其特征在于，包括正极、负极、隔膜及权利要求4～8任意一项所述的非水电解液。
10.根据权利要求9所述的锂金属电池，其特征在于，所述正极材料选自钴酸锂、锰酸锂、三元镍钴锰锂、镍锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂中的一种或多种；
...【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池电解液添加剂，其特征在于，所述添加剂为具有结构式a或结构式b的化合物：
2.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液添加剂，其特征在于，所述碳原子数为1～3的烃基选自碳原子数为1～3的饱和烃基、碳原子数为1～3的不饱和烯烃基或碳原子数为1～3的不饱和炔烃基，优选为甲基、乙基、乙烯基或乙炔基。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液添加剂，其特征在于，所述添加剂选自化合物(i)～化合物(xi)中的任意一种或多种：
4.一种锂金属电池非水电解液，其特征在于，包括锂盐、非水有机溶剂和权利要求1～3任意一项所述的电解液添加剂。
5.根据权利要求4所述的非水电解液，其特征在于，包括：
6.根据权利要求4所述的非水电解液，其特征在于，所述锂盐选自六氟磷酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂和二氟二草酸磷酸锂中的至少一种。
7.根据权利要求4所述的非水电解液，其特征在于，所述非水有机溶剂选自有机酯类、醚类、砜类或腈类溶剂中的一种或多种；优选为有机酯类溶剂；更优选为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、1,4-丁内酯、甲酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、...
【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳志鹏，张瑞敏，李立飞，周龙捷，黄建，
申请(专利权)人：蓝固湖州新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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