本發(fā)明屬于電池，涉及一種新型鋰離子電池的電解液，具體為鋰金屬電池電解液及鋰金屬電池。

背景技術(shù)：

1、高能量密度鋰金屬電池是新一代儲能電池系統(tǒng)，能顯著提升電動汽車的續(xù)航時間。目前商業(yè)化的以石墨為負極的鋰離子電池的能量密度已接近其理論極限。為了得到更高能量密度的鋰電池，采用金屬鋰作為負極的鋰金屬電池將會是突破鋰電池能量密度瓶頸的關(guān)鍵技術(shù)。然而作為電極電位最低(相對于標準氫電極為-3.04v)的堿金屬，鋰金屬與電解質(zhì)之間不可避免地會發(fā)生副反應，生成電極電解質(zhì)界面膜(sei)。持續(xù)的副反應、鋰枝晶生長以及形成死鋰將極大地損害鋰金屬電池的循環(huán)壽命。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，關(guān)于如何調(diào)控電解液與電極界面反應機制從而提升活性正負極的穩(wěn)定性一直備受學術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界關(guān)注。如：中國專利申請cn114421014a，公開了一種氯代醚類電解液及其應用，并具體公開了采用氯原子取代常見醚分子的端基β碳位置的氫原子得到氯代醚作為電解液溶劑，由于氯原子的強電負性和空間位阻效應使得電解液形成陰陽離子聚集體主導的溶劑化結(jié)構(gòu)，進而衍生出富含無機組分的穩(wěn)定界面，同時氯能有效捕獲燃燒過程產(chǎn)生的自由基，因此所開發(fā)的氯代醚溶劑分子的抗氧化能力和阻燃能力得到有效改善。另外，該現(xiàn)有技術(shù)的電解液中還可以加入稀釋劑，其作用在于利于保護層的形成。但在該現(xiàn)有技術(shù)的實施例中，直接采用氯化的醚類溶劑作為主溶劑，即使在添加了稀釋劑的局部高濃度電解液體系中仍無法表現(xiàn)出對鋰負極令人滿意的穩(wěn)定性。并且氟化醚類稀釋劑本身較低的沸點仍會存在較大的應用限制。

3、中國專利申請cn118554018a，公開了鋰離子電池電解液和鋰離子電池，并具體公開了單氟代醚基分子作為高電壓鋰金屬電池的共溶劑，其主要目的在于使得電解液中主導的作用從鋰鹽中鋰離子與主溶劑分子的配位作用改變?yōu)楣踩軇┲卸谆c主溶劑分子的氫鍵作用，從而提高溶劑分子的抗氧化性，同時抑制主溶劑分子與鋰離子一同嵌入石墨層間，進而實現(xiàn)高電壓高庫倫效率的循環(huán)，顯著提升電池的性能。從本領(lǐng)域技術(shù)人員的角度，結(jié)合該現(xiàn)有技術(shù)的效果，所述技術(shù)方案無法實現(xiàn)鋰金屬負極的有效利用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、解決的技術(shù)問題：為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，獲得一種對鋰金屬具有出色的穩(wěn)定性，并能形成陰離子衍生的穩(wěn)定sei，實現(xiàn)了高的鋰沉積剝離效率，從而使得鋰金屬電池具備良好的循環(huán)壽命；鑒于此，本發(fā)明提供了鋰金屬電池電解液及鋰金屬電池。

2、技術(shù)方案：鋰金屬電池電解液，所述電解液包括鋰鹽、主溶劑和共溶劑；其中，鋰鹽在主溶劑中的摩爾濃度為0.5-16mol/l以上；共溶劑為氯代醚基溶劑。

3、優(yōu)選的，所述鋰鹽在主溶劑中的摩爾濃度為8-16mol/l。

4、優(yōu)選的，所述鋰鹽在主溶劑中為超飽和狀態(tài)。

5、優(yōu)選的，所述主溶劑與共溶劑的體積比為1:5-10。

6、優(yōu)選的，所述鋰鹽為雙氟磺酰亞胺鋰、雙三氟甲基磺酰亞胺鋰、二氟草酸硼酸鋰、六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰中的至少一種。

7、優(yōu)選的，所述主溶劑為乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、二甘醇二甲醚、三甘醇二甲醚、四甘醇二甲醚、乙醚、丙醚、丁醚、四氫呋喃、四氫吡喃、碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯中的至少一種。

8、優(yōu)選的，所述共溶劑為氯甲基乙醚、氯甲基丙基醚、2-氯乙基甲基醚、氯甲基異丙基醚、2-氯乙基氯甲基醚、2-氯丙基甲基醚、2,2-二氯乙醚、1,2-二氯乙氧基乙烷、1-氯-1-乙氧基乙烷、1,7-二氯-4-氧雜庚烷、2-乙氧基氯乙烷中的至少一種。

9、所述鋰金屬電池電解液采用以下方法制得：將溶劑和共溶劑按比例混合均勻后，加入鋰鹽，攪拌至完全溶解，即得鋰金屬電池電解液。

10、以上任一所述鋰金屬電池電解液在制備鋰金屬電池中的應用。

11、優(yōu)選的，所述鋰金屬電池的負極為金屬鋰或鋰合金，正極為層狀鎳鈷錳基三元氧化物。其中，層狀鎳鈷錳基三元氧化物為lini0.5co0.2mn0.3o2、lini0.6co0.2mn0.2o2、lini0.8co0.1mn0.1o2、lini0.9?co0.05mn0.05o2中的至少一種。電池隔膜為聚乙烯或聚丙烯。

12、優(yōu)選的，所述鋰金屬電池為紐扣電池或軟包電池。

13、本發(fā)明所述鋰金屬電池電解液作用的原理在于：本發(fā)明的氯代醚基共溶劑無法單獨溶解鋰鹽，但能與主溶劑混溶；即在醚基或酯基高濃度鋰鹽電解液中引入了氯代醚基共溶劑，從而實現(xiàn)超高濃度的鋰鹽溶解度的目的。進一步的，氯代醚基共溶劑在電解液體系內(nèi)，促進鋰離子與陰離子結(jié)合形成更緊密的以陰離子為主的小溶劑化結(jié)構(gòu)團簇，促進鋰鹽的徹底分解，形成穩(wěn)定性良好的sei，并抑制鋰金屬與電解液的反應性。

14、有益效果：(1)本發(fā)明所述電解液用于鋰金屬電池能夠?qū)崿F(xiàn)超高的能量密度，形成陰離子衍生的穩(wěn)定sei，且使得鋰金屬沉積/剝離效率達到99.9％，對金屬鋰十分穩(wěn)定，從而實現(xiàn)高電壓/高能量密度的鋰金屬電池的穩(wěn)定循環(huán)；(2)所述共溶劑的加入降低了電解液的黏稠度，因此，即便是在超飽和狀態(tài)的鋰鹽電解液中，也不會因電解液過于粘稠而阻礙鋰金屬與電解液的反應性。

技術(shù)特征：

1.鋰金屬電池電解液，其特征在于，所述電解液包括鋰鹽、主溶劑和共溶劑；其中，鋰鹽在主溶劑中的摩爾濃度為0.5mol/l以上；共溶劑為氯代醚基溶劑。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰金屬電池電解液，其特征在于，所述鋰鹽在主溶劑中的摩爾濃度為0.5-16mol/l。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰金屬電池電解液，其特征在于，所述鋰鹽在主溶劑中為超飽和狀態(tài)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰金屬電池電解液，其特征在于，所述主溶劑與共溶劑的體積比為1:5-10。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰金屬電池電解液，其特征在于，所述鋰鹽為雙氟磺酰亞胺鋰、雙三氟甲基磺酰亞胺鋰、二氟草酸硼酸鋰、六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰中的至少一種。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰金屬電池電解液，其特征在于，所述主溶劑為乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、二甘醇二甲醚、三甘醇二甲醚、四甘醇二甲醚、乙醚、丙醚、丁醚、四氫呋喃、四氫吡喃、碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯中的至少一種。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰金屬電池電解液，其特征在于，所述共溶劑為氯甲基乙醚、氯甲基丙基醚、2-氯乙基甲基醚、氯甲基異丙基醚、2-氯乙基氯甲基醚、2-氯丙基甲基醚、2,2-二氯乙醚、1,2-二氯乙氧基乙烷、1-氯-1-乙氧基乙烷、1,7-二氯-4-氧雜庚烷、2-乙氧基氯乙烷中的至少一種。

8.權(quán)利要求1-7任一所述鋰金屬電池電解液在制備鋰金屬電池中的應用。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的應用，其特征在于，所述鋰金屬電池的負極為金屬鋰或鋰合金，正極為層狀鎳鈷錳基三元氧化物。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的應用，其特征在于，所述鋰金屬電池為紐扣電池或軟包電池。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了鋰金屬電池電解液及鋰金屬電池，所述電解液包括鋰鹽、主溶劑和共溶劑；其中，鋰鹽在主溶劑中的摩爾濃度為0.5mol/L以上；共溶劑為氯代醚基溶劑。與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)勢在于：(1)本發(fā)明所述電解液用于鋰金屬電池能夠?qū)崿F(xiàn)超高的能量密度，形成陰離子衍生的穩(wěn)定SEI，且使得鋰金屬沉積/剝離效率達到99.9％，對金屬鋰十分穩(wěn)定，從而實現(xiàn)高電壓/高能量密度的鋰金屬電池的穩(wěn)定循環(huán)；(2)所述共溶劑的加入降低了電解液的黏稠度，因此，即便是在飽和狀態(tài)的鋰鹽電解液中，也不會因電解液過于粘稠而阻礙鋰金屬與電解液的反應性。

技術(shù)研發(fā)人員：周豪慎,楊伍桀,何平
受保護的技術(shù)使用者：南京大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28