本申請涉及電池，尤其涉及一種鋰金屬二次電池用電解液、二次電池及用電裝置。

背景技術(shù)：

1、近年來，隨著二次電池的應(yīng)用范圍越來越廣泛，二次電池廣泛應(yīng)用于水力、火力、風(fēng)力和太陽能電站等儲能電源系統(tǒng)，以及電動工具、電動自行車、電動摩托車、電動汽車、軍事裝備、航空航天等多個領(lǐng)域。由于二次電池取得了極大的發(fā)展，因此對其能量密度、循環(huán)性能和安全性能等也提出了更高的要求。

2、負(fù)極為金屬鋰、鈉、鉀及其合金的堿金屬電池由于其具有較低的還原電位，較高的理論能量密度，是目前最有潛力的儲能器件之一。然而，目前的電解液易于與堿金屬電池的負(fù)極形成疏松不穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面膜(solid?electrolyte?interface，sei)膜，影響電池循環(huán)性能。因此，如何提高電解液的性能成為本領(lǐng)域亟待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請是鑒于上述課題而進(jìn)行的，其目的在于提供一種鋰金屬二次電池用電解液，由此促進(jìn)形成穩(wěn)定的sei膜，提高電解液的沸點(diǎn)，進(jìn)而改善電池的循環(huán)性能。本申請還提供了一種二次電池及用電裝置。

2、為了達(dá)到上述目的，本申請第一方面提供了一種鋰金屬二次電池用電解液，包括鋰鹽、有機(jī)溶劑和稀釋劑；其中，所述有機(jī)溶劑包括由式(i)所示的化合物或由式(ii)所示的化合物中的至少一種；

3、

4、在式(i)中，r1、r2各自獨(dú)立地選自c1～c10的烷基，k為選自1～3的整數(shù)；

5、

6、在式(ii)中，x、y、z各自獨(dú)立地選自o或s，其中，x、y、z的至少兩者中，一者為o，另一者為s；r3、r4各自獨(dú)立地選自c1～c10的烷基，m、n各自獨(dú)立地為選自1～3的整數(shù)。

7、本申請實(shí)施方式中的有機(jī)溶劑是一種含有至少一個氧原子和至少一個硫原子的硫代醚類溶劑。其中，硫原子可以貢獻(xiàn)3p孤對電子，表現(xiàn)出親核性，與鋰離子作用。同時，硫原子的電負(fù)性低于氧原子，因此li-s相互作用會弱于li-o相互作用，從而降低有機(jī)溶劑對li的溶劑化作用，提高li溶劑化結(jié)構(gòu)中的陰離子配位數(shù)，由此提高sei膜的穩(wěn)定性。

8、在任意實(shí)施方式中，在式(i)中，r1、r2各自獨(dú)立地選自c1～c6的烷基，可選地，選自c1～c4的烷基；以及

9、在式(ii)中，r3、r4各自獨(dú)立地選自c1～c6的烷基，可選地，選自c1～c4的烷基。上述基團(tuán)的選擇有利于形成進(jìn)一步穩(wěn)定的sei膜，進(jìn)而提高電池的循環(huán)性能。

10、在任意實(shí)施方式中，所述有機(jī)溶劑包括由式(i)所示的化合物中的至少一種，并且在式(i)中，k為2，r1、r2各自獨(dú)立地選自c1～c4的烷基。

11、在任意實(shí)施方式中，所述有機(jī)溶劑包括以下化合物中的至少一種：

12、

13、如此，硫原子和氧原子之間相隔2個碳原子，具有適中的距離，使得有機(jī)溶劑與鋰離子結(jié)合后可以獲得較高的離子電導(dǎo)率。

14、在任意實(shí)施方式中，所述鋰鹽在所述電解液中的濃度為0.1～4mol/l，可選地為1～3mol/l。通過將鋰鹽在電解液中的濃度控制在上述范圍內(nèi)，可有利于鋰離子的擴(kuò)散，使所提供的電解液具有較高的離子電導(dǎo)率。

15、在任意實(shí)施方式中，在所述電解液中，所述有機(jī)溶劑與所述稀釋劑的體積比為σ，其中，1:9≤σ≤9:1；可選地，2:5≤σ≤5:2。通過調(diào)節(jié)有機(jī)溶劑及稀釋劑的添加比例，可有助于降低溶劑化作用，提高陰離子配位數(shù)，達(dá)到調(diào)節(jié)溶劑化結(jié)構(gòu)的目的，由此提高sei膜的穩(wěn)定性，進(jìn)而提高電池的循環(huán)性能。

16、在任意實(shí)施方式中，所述鋰鹽包括雙氟磺酰亞胺鋰、六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、六氟砷酸鋰、雙三氟甲磺酰亞胺鋰、三氟甲磺酸鋰、二氟磷酸鋰、二草酸硼酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、二氟二草酸磷酸鋰和四氟草酸磷酸鋰中的至少一種。上述鋰鹽方便易得，在電解液中具有較高的溶解度，使電解液具有較高的電導(dǎo)率，從而使得電池具有良好的循環(huán)性能。

17、在任意實(shí)施方式中，所述稀釋劑包括含氟的烷烴類、醚類及硅烷類化合物中的至少一種；可選地，所述稀釋劑包括十氟戊烷、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚、(三氟甲基)三甲基硅烷和(二氟甲基)二甲基硅烷中的至少一種。選擇上述稀釋劑有助于有效調(diào)節(jié)溶劑化結(jié)構(gòu)，提高庫倫效率，降低電解液的粘度，以提高電池的循環(huán)性能。

18、在任意實(shí)施方式中，在一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，所述有機(jī)溶劑的沸點(diǎn)范圍在40～150℃之間。當(dāng)有機(jī)溶劑具有較高的沸點(diǎn)時，有助于包含該有機(jī)溶劑的電解液也獲得較高的沸點(diǎn)，使得電解液不易產(chǎn)生揮發(fā)的同時，還可以獲得較好的循環(huán)性能。

19、在任意實(shí)施方式中，在一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，所述電解液的沸點(diǎn)高于105℃；可選地，高于115℃；可選地，高于125℃。在本申請實(shí)施方式中，電解液具有較高的沸點(diǎn)，不易揮發(fā)，使得電解液具有提高的熱穩(wěn)定性及循環(huán)性能，由此拓寬了電解液的使用溫度范圍。

20、本申請第二方面還提供了一種鋰金屬二次電池，包括本申請第一方面的電解液。本申請實(shí)施方式的電解液可以降低li的溶劑化作用，提高li溶劑化結(jié)構(gòu)中的陰離子配位數(shù)，進(jìn)而提高陰離子參與成膜反應(yīng)的機(jī)率，由此提高sei膜的穩(wěn)定性。同時，相較于使用不含硫原子的醚類溶劑的電解液，本申請實(shí)施方式的電解液還具有較高的沸點(diǎn)和熱穩(wěn)定性，拓寬了電解液的使用溫度范圍。進(jìn)而，該電解液能夠提高鋰金屬二次電池的循環(huán)性能。

21、在任意實(shí)施方式中，所述鋰金屬二次電池還包括負(fù)極極片，所述負(fù)極極片包括負(fù)極集流體和設(shè)置于所述負(fù)極集流體至少一側(cè)上的負(fù)極膜層，所述負(fù)極膜層包括鋰單質(zhì)和/或鋰合金。通過在負(fù)極膜層中包括鋰單質(zhì)和/或鋰合金，可以使電池具有較低的還原電位和/或較高的理論能量密度。

22、本申請第三方面還提供了一種用電裝置，包括本申請第二方面的鋰金屬二次電池。

23、本申請實(shí)施方式的鋰金屬二次電池用電解液中的有機(jī)溶劑可以降低li的溶劑化作用，提高li溶劑化結(jié)構(gòu)中的陰離子配位數(shù)，進(jìn)而提高陰離子參與成膜反應(yīng)的機(jī)率，由此提高sei膜的穩(wěn)定性。同時，相較于使用不含硫原子的醚類溶劑的電解液，本申請實(shí)施方式的電解液還具有較高的沸點(diǎn)和熱穩(wěn)定性，拓寬了電解液的使用溫度范圍。進(jìn)而，該電解液能夠提高鋰金屬二次電池的循環(huán)性能。

技術(shù)特征：

1.一種鋰金屬二次電池用電解液，其特征在于，包括鋰鹽、有機(jī)溶劑和稀釋劑；其中，所述有機(jī)溶劑包括由式(i)所示的化合物或由式(ii)所示的化合物中的至少一種；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，其特征在于，在式(i)中，r1、r2各自獨(dú)立地選自c1～c6的烷基，可選地，選自c1～c4的烷基；以及

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電解液，其特征在于，所述有機(jī)溶劑包括由式(i)所示的化合物中的至少一種，并且在式(i)中，k為2，r1、r2各自獨(dú)立地選自c1～c4的烷基。

4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的電解液，其特征在于，所述有機(jī)溶劑包括以下化合物中的至少一種：

5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的電解液，其特征在于，所述鋰鹽在所述電解液中的濃度為0.1～4mol/l，可選地為1～3mol/l。

6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的電解液，其特征在于，在所述電解液中，所述有機(jī)溶劑與所述稀釋劑的體積比為σ，其中，1:9≤σ≤9:1；可選地，2:5≤σ≤5:2。

7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的電解液，其特征在于，所述鋰鹽包括雙氟磺酰亞胺鋰、六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、六氟砷酸鋰、雙三氟甲磺酰亞胺鋰、三氟甲磺酸鋰、二氟磷酸鋰、二草酸硼酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、二氟二草酸磷酸鋰和四氟草酸磷酸鋰中的至少一種。

8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的電解液，其特征在于，所述稀釋劑包括含氟的烷烴類、醚類及硅烷類化合物中的至少一種；可選地，所述稀釋劑包括十氟戊烷、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚、(三氟甲基)三甲基硅烷和(二氟甲基)二甲基硅烷中的至少一種。

9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的電解液，其特征在于，在一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，所述有機(jī)溶劑的沸點(diǎn)范圍在40℃～150℃之間。

10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的電解液，其特征在于，在一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，所述電解液的沸點(diǎn)高于105℃；可選地，高于115℃；可選地，高于125℃。

11.一種鋰金屬二次電池，其特征在于，所述鋰金屬二次電池包括根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的電解液。

12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的鋰金屬二次電池，其特征在于，所述鋰金屬二次電池還包括負(fù)極極片，所述負(fù)極極片包括負(fù)極集流體和設(shè)置于所述負(fù)極集流體至少一側(cè)上的負(fù)極膜層，所述負(fù)極膜層包括鋰單質(zhì)和/或鋰合金。

13.一種用電裝置，其特征在于，所述用電裝置包括權(quán)利要求11或12所述的鋰金屬二次電池。

技術(shù)總結(jié)
本申請?zhí)峁┝艘环N鋰金屬二次電池用電解液、二次電池及用電裝置。所述電解液包括鋰鹽、有機(jī)溶劑和稀釋劑。所述有機(jī)溶劑包括由式(I)所示的化合物或由式(II)所示的化合物中的至少一種。在式(I)中，R<subgt;1</subgt;、R<subgt;2</subgt;各自獨(dú)立地選自C1～C10的烷基，k為選自1～3的整數(shù)。在式(II)中，X、Y、Z各自獨(dú)立地選自O(shè)或S，其中，X、Y、Z的至少兩者中，一者為O，另一者為S；R<subgt;3</subgt;、R<subgt;4</subgt;各自獨(dú)立地選自C1～C10的烷基；m、n各自獨(dú)立地為選自1～3的整數(shù)。

技術(shù)研發(fā)人員：王禹淳,葛銷明,王瀚森,張儒鵬,萬攀,馮富祥
受保護(hù)的技術(shù)使用者：寧德時代新能源科技股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/19