【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂金属电池，涉及一种电解液及锂金属电池。
技术介绍
1、近年来，可充电锂离子电池(libs)凭借其循环稳定性、高功率密度、重量轻和维护成本低等优势，已经成为交通、航空和航天工业等领域最有前途的储能系统。然而，高速发展的电动汽车(ev)市场推动了对更高能量密度和更低成本电池的需求，但现有的材料体系已然接近其理论能量密度的极限，无法满足其需求。
2、使用金属锂为负极的高比能锂金属电池(lmb)被认为是基于石墨负极的传统锂离子电池替代品。然而，lmb的实际应用一直很困难，因为枝晶锂的生长会导致短路驱动的安全问题，不可控的副反应会导致电解液消耗并形成厚的死锂层。锂金属负极的循环行为高度依赖于电解液，这会显著影响界面化学和界面化学导致的金属锂的生长形态。因此，迫切需要优化电解质溶液以调控电池的sei化学和界面处的脱溶剂动力学，从而匹配lmb电池系统的运行。
3、大量研究表明，阴离子引入的li+溶剂化结构，如高浓度电解液(hces)，局部高浓度电解液(lhces)，和弱溶剂化电解液(wses)，可以促进富含无机物的sei/正极电解质间相(cei)生成，以此稳定电极/电极界面而有效提升电池的长循环寿命。
4、通常，局部高浓电解液由乙二醇二甲醚(dme)等线性醚作为溶剂，结合1,1,2,2-四氟乙基2,2,3,3-四氟丙醚(tte)等氟化醚作为稀释剂组成，虽然醚基溶剂与锂金属表现出良好的稳定性，但其抗氧化稳定性差，只能用于工作电压小于4.0v的锂金属电池。高浓盐电解液虽然可以改善电解液与正负极的
5、基于此，本申请将基于dme基的局部高浓电解液存在抗氧化能力差的问题，提供一种电解液及锂金属电池。
技术实现思路
1、本专利技术目的在于提供一种电解液及锂金属电池，以解决现有技术中以线性醚(如dme等)为溶剂的局部高浓电解液存在抗氧化能力差以及硝酸锂添加剂在碳酸酯溶剂中溶解难的问题。
2、根据本专利技术的第一方面，本专利技术提供了一种电解液，所述电解液包括锂盐、有机溶剂、稀释剂、以及添加剂；所述有机溶剂为有机磷酸盐类溶剂，所述添加剂选自硝酸盐或硝酸酯与有机金属盐的组合。
3、在本专利技术所提供的电解液中，以有机磷酸盐类溶剂替换现有技术所使用的线性醚类有机溶剂或者碳酸酯类有机溶剂，再结合协同锂保护添加剂硝酸盐或硝酸酯和有机金属盐的引入，解决了以线性醚为溶剂的电解液的抗氧化稳定性差的问题，显著提升了锂金属电池的工作电压的同时，还进一步解决了硝酸盐类添加剂在碳酸酯类溶剂中存在溶解难导致锂金属电池性能提升不明显的问题，本专利技术将磷酸酯类物质与硝酸盐类或硝酸酯添加剂结合，使得磷酸酯类物质与no3-、li+之间取得了精妙平衡而共同存在于溶剂化结构中，而有机金属盐添加剂的协同引入，形成了亲锂-疏锂的双功能sei，有效阻止了枝晶的生长，显著提升了锂金属电池的循环性能等。
4、在本专利技术的一些实施方案中，所述有机磷酸盐溶剂选自磷酸酯类溶剂。
5、在本专利技术的一些实施方案中，所述磷酸酯类溶剂选自甲基膦酸二甲酯、磷酸三乙酯、三(2,2,2-三氟乙基)磷酸酯(tfp)、双(2,2,2-三氟乙基)甲基磷酸酯中的至少一种。
6、在本专利技术的一些实施方案中，以所述电解液的体积为100％，所述有机溶剂的体积分数为10～40％。具体地，所述有机溶剂的体积分数可以为10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、20％、25％、30％、35％、36％、37％、38％、39％、40％或为上述任意两个数值组成的范围，不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。当所述有机溶剂的体积分数过低时，会导致锂离子电导率过低，影响电池倍率性能，当所述有机溶剂的体积分数过高时，会形成有机磷酸盐占主导的溶剂化结构，恶化锂金属表面，影响电池循环性能。
7、在本专利技术的一些实施方案中，所述添加剂在所述电解液中的重量占比为0.1～5.0wt％。具体地，所述添加剂在所述电解液中的重量占比可以为0.1wt％、0.2wt％、0.3wt％、0.4wt％、0.5wt％、0.6wt％、0.7wt％、0.8wt％、0.9wt％、1.0wt％、1.5wt％、2.0wt％、2.5wt％、3.0wt％、3.5wt％、4.0wt％、4.5wt％、5.0wt％或为上述任意两个数值组成的范围，不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。当所述添加剂在所述电解液中的重量占比过高时，如高于5.0wt％时，会导致离子电导率下降，电解液混浊硝酸盐析出，影响电池倍率性能和高压稳定性，当所述添加剂在所述电解液中的重量占比过低时，如低于0.1wt％时，会导致锂金属表面恶化，持续与电解液发生副反应，影响电池循环寿命。
8、在本专利技术的一些实施方案中，所述硝酸盐或硝酸酯在所述电解液中的重量占比为1～5wt％。具体地，所述硝酸盐或硝酸酯在所述电解液中的重量占比可以为1.0wt％、1.5wt％、2.0wt％、2.5wt％、3.0wt％、3.5wt％、4.0wt％、4.5wt％、5.0wt％或为上述任意两个数值组成的范围，不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。当所述硝酸盐或硝酸酯在所述电解液中的重量占比过高时，如高于5.0wt％时，会导致电解液混浊及硝酸盐析出，影响电池倍率性能和高压稳定性，当所述硝酸盐在所述电解液中的重量占比过低时，如低于1wt％时，会导致锂金属表面持续与电解液发生副反应，影响电池循环寿命。
9、所述有机金属盐添加剂在所述电解液中的重量占比为0.1～0.5wt％。具体地，所述有机金属盐添加剂在所述电解液中的重量占比可以为0.1wt％、0.15wt％、0.2wt％、0.25wt％、0.3wt％、0.35wt％、0.4wt％、0.45wt％、0.5wt％或为上述任意两个数值组成的范围，不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。当所述三氟甲磺酸铝在所述电解液中的重量占比过高时，如高于0.5wt％时，会导致电池循环衰减过快，当所述三氟甲磺酸铝在所述电解液中的重量占比过低时，如低于0.1wt％时，会导致电池库伦效率衰减速率加快。
10、在本专利技术的一些实施方案中，所述硝酸酯选自三乙二醇二硝酸酯、二硝酸异山梨酯中的至少一种。
11、在本专利技术的一些实施方案中，所述有机金属盐选自双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺镁、双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺锌、三氟甲磺酸镁、三氟甲磺酸铝、三氟甲磺酸锌、三氟甲磺酸银中的至少一种。
12、在本专利技术的一些实施方案中，所述稀释剂选自1,1,2,2-四氟乙基2,2,3,3-四氟丙醚、1，1，2，2-四氟乙基-2，2，2-三氟乙基醚、三(三氟乙氧基)甲烷、双(2,2,2-三氟乙基)醚中的至少一种。
13、在本专利技术的一些实施方案中，以所述电解液的体积为100％，所述稀释剂的体积分数为60-90％。具体地，以所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电解液，其特征在于，所述电解液包括锂盐、有机溶剂、稀释剂、以及添加剂；其中，所述有机溶剂为有机磷酸盐类溶剂，所述添加剂选自硝酸盐或硝酸酯与有机金属盐的组合。
2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述有机磷酸盐类溶剂选自磷酸酯类溶剂，所述磷酸酯类溶剂选自甲基膦酸二甲酯、磷酸三乙酯、三(2,2,2-三氟乙基)磷酸酯、双(2,2,2-三氟乙基)甲基磷酸酯中的至少一种；
3.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述添加剂在所述电解液中的重量占比为0.1～5.0wt％；
4.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述硝酸盐选自硝酸锂、硝酸钠中的至少一种；
5.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述稀释剂选自1,1,2,2-四氟乙基2,2,3,3-四氟丙醚、1，1，2，2-四氟乙基-2，2，2-三氟乙基醚、三(三氟乙氧基)甲烷、双(2,2,2-三氟乙基)醚中的至少一种；
6.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，以所述电解液的体积为100％，所述锂盐、有机溶剂和添加剂占所述电解液的体积分数为10-40％
7.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述锂盐选自双氟磺酰亚胺锂盐、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、二氟草酸硼酸锂、六氟磷酸锂中的至少一种；
8.一种如权利要求1-7任一所述的电解液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
9.一种锂金属电池，所述锂金属电池包含正极片、负极片、和电解液，其特征在于，所述电解液为如权利要求1-7任一所述的电解液。
10.如权利要求9所述的锂金属电池，其特征在于，所述正极极片的正极活性物质选自钴酸锂、锰酸锂、镍锰酸锂、镍钴锰酸锂、富锂锰酸锂中的至少一种；所述负极极片的负极活性物质为金属锂。
...【技术特征摘要】
1.一种电解液，其特征在于，所述电解液包括锂盐、有机溶剂、稀释剂、以及添加剂；其中，所述有机溶剂为有机磷酸盐类溶剂，所述添加剂选自硝酸盐或硝酸酯与有机金属盐的组合。
2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述有机磷酸盐类溶剂选自磷酸酯类溶剂，所述磷酸酯类溶剂选自甲基膦酸二甲酯、磷酸三乙酯、三(2,2,2-三氟乙基)磷酸酯、双(2,2,2-三氟乙基)甲基磷酸酯中的至少一种；
3.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述添加剂在所述电解液中的重量占比为0.1～5.0wt％；
4.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述硝酸盐选自硝酸锂、硝酸钠中的至少一种；
5.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述稀释剂选自1,1,2,2-四氟乙基2,2,3,3-四氟丙醚、1，1，2，2-四氟乙基-2，2，2-三氟乙基醚、三(三氟乙氧基)甲烷、双(...
【专利技术属性】
技术研发人员：张文强，李晓龙，朱星宝，付月，张杰，张颖，孙伟，陈宝田，王伯杨，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：
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