一种局部高浓度电解液及其制备方法、锂金属电池

本发明属于锂金属电池，具体涉及一种局部高浓度电解液及其制备方法、锂金属电池。
背景技术：
：：1、锂金属电池因其高理论比容量和低电化学电位，被视为下一代高能量密度存储器件。其中，由高压正极和锂金属组装而成高压锂金属电池因其输出电压高而受到广泛关注。随着高压正极材料的开发，高镍linixcoymnzo2(x+y+z＝1)金属锂二次电池成为高能量密度储能器件的未来方向，也是当前研究的热点。因此，开发出与高压正极材料兼容的电解液，从而液延长金属锂电池的循环寿命显得至关重要。2、随着锂盐浓度的增加，形成高浓度电解液，其阳离子和阴离子与溶剂间的相互作用增强，自由态溶剂分子的含量大大减少甚至消失，形成特殊的盐-溶剂配位结构，使得电解液具有宽电化学窗口，从而提高电解液在电池中的循环稳定性，改善金属锂电池的循环性能。然而，高浓度电解液仍存在一些缺点，如高粘度、低离子导电性以及高锂盐成本等，这些都限制了其进一步的应用。为了解决这些问题，局部高浓度电解液的概念被提出，即在溶液中加入无法溶解锂盐的“稀释剂”。稀释剂降低了高浓度电解液中锂盐的浓度，同时确保了高浓度电解液的微观结构不受影响。这不仅减少了电解液的粘度，降低了经济成本，还显著提高了离子的导电性。3、目前，chen等人通过醚类有机溶剂与醚类稀释剂组合的局部高浓度电解液，发现在基于醚类溶剂的局部高浓度电解液对碱金属浸润性能好，(li,na,k)具有较高的库伦效率(＞90％)，但循环后的金属负极均存在一定程度的腐蚀现象；同时，在醚类溶剂中，碱金属会溶解在溶液中并产生金属负离子和溶剂化电子，高氟代醚类共溶剂易遭受溶剂化电子的亲核攻击而发生分解从而导致电解液及金属锂的持续消耗[1]。yu等人通过碳酸乙烯酯(ec)/碳酸甲乙酯(emc)有机溶剂混合双(2,2,2-三氟乙基)醚(btfe)作为稀释剂所制成的酯类有机溶剂与醚类稀释剂组合局部高浓度电解液可以适配4.3v的ncm811//li体系。但酯类有机溶剂对金属锂表面浸润能力较差，锂离子容易在金属锂表面发生聚集，从而导致死锂的产生及锂枝晶的生长，ncm811//li仅在100次循环后保持84％的初始容量[2]。4、因此，如何设计电解液体系，使其对金属锂具有良好的浸润性的同时提升电解液的耐受电压，就成为研究重点。5、[1]transfer-mediated degradation of ether-based localized high-concentration electroly tes in alkali metal batteries,xiaojuan chen,lei qin,yiying wu,angewandte chemie int ernational edition，202207018.6、[2]a localized high-concentration electrolyte with optimized solventsand lithium d ifluoro(oxalate)borate additive for stable lithium metalbatteries,lu yu,shuru chen,wu xu,ji-guang zhang,acs energy lett.2018,3,9,2059–2067.技术实现思路1、针对
背景技术：
：所存在的问题，本发明的目的在于提供一种局部高浓度电解液及其制备方法、锂金属电池。该局部高浓度电解液选用与金属锂浸润性能更好的醚类有机溶剂搭配酯类稀释剂，且选用特定种类的酯类稀释剂，使得构建的电解液对金属锂具有良好的浸润性的同时提升电解液的耐受电压，进而提高锂金属电池循环过程中的长循环稳定性。2、为实现上述目的，本发明的技术方案如下：3、一种局部高浓度电解液，包括锂盐、有机溶剂和稀释剂；所述锂盐不溶于稀释剂中；所述有机溶剂为醚类有机溶剂；所述稀释剂为线性氟代酯类化合物；4、所述锂盐在有机溶剂中的总浓度为3～5mol/l；稀释剂和有机溶剂的体积比为(1-3)：1。5、进一步地，所述醚类有机溶剂优选为乙二醇二甲醚。6、进一步地，所述线性氟代酯类化合物为五氟丙酸乙酯中、三氟丙酸乙酯、七氟丁酸乙酯、三氟丁酸乙酯中、二氟丁酸乙酯中的一种。7、进一步地，所述锂盐包括双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、二草酸硼酸锂、六氟磷酸锂中的任意两种。8、进一步地，若锂盐为双氟磺酰亚胺锂盐和二氟草酸硼酸锂，则两者的比列优选为1:1、3:2、2:3、1：4。9、一种局部高浓度锂金属电池电解液的制备方法，包括以下步骤：10、s1：物料除水：氮气气氛下，在有机溶剂和稀释剂中分别加入除水剂，然后静置除水，使最终电解液中水的含量小于20ppm；11、s2：称量两种锂盐，在玻璃容器中加入除水后有机溶剂，然后将两种锂盐加入到玻璃容器中，进行搅拌、分散，搅拌至清澈透明状态的液态；12、s3：在s2得到的溶液中加入除水后的稀释剂进行稀释，即可得到所需的局部高浓度电解液。13、本发明还提供一种锂金属电池，包括高压正极、负极、隔膜和上述局部高浓度锂金属电池电解液；所述高压正极为ncm811，负极为锂金属。14、本发明的机理为：线性氟代酯类化合物和锂盐具有较低的lumo能级，能够在金属锂表面分解，共同形成丰富的lif，lif的晶体结构属于立方晶系，其本身均一性好规则平整，能够诱导锂离子均匀沉积在金属锂的表面，从而抑制锂枝晶，实现在金属锂负极表面抑制电池循环过程中锂枝晶生长的能力。15、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：16、本发明提供的局部高浓度电解液因酯类稀释剂的加入抑制电解液在高电压下的分解，使得电解液具有较宽的电化学窗口，最高耐受电压为5v，可以适配3-4.3v电压的ncm811//li电池体系；此外，线性氟代酯类化合物作为局部高浓度电解液稀释剂，降低电解液体系粘度，进一步提升电极材料之间的浸润性。技术特征：1.一种局部高浓度电解液，包括锂盐、有机溶剂和稀释剂；所述锂盐不溶于稀释剂中；其特征在于，所述有机溶剂为醚类有机溶剂，所述稀释剂为线性氟代酯类化合物。2.如权利要求1所述的局部高浓度电解液，其特征在于，所述锂盐在有机溶剂中的总浓度为3～5mol/l；稀释剂和有机溶剂的体积比为(1-3)：1。3.如权利要求1所述的局部高浓度电解液，其特征在于，所述醚类有机溶剂为乙二醇二甲醚。4.如权利要求1所述的局部高浓度电解液，其特征在于，所述线性氟代酯类化合物为五氟丙酸乙酯中、三氟丙酸乙酯、七氟丁酸乙酯、三氟丁酸乙酯中、二氟丁酸乙酯中的一种。5.如权利要求1所述的局部高浓度电解液，其特征在于，所述锂盐包括双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、二草酸硼酸锂、六氟磷酸锂中的任意两种。6.如权利要求5所述的局部高浓度电解液，其特征在于，若锂盐为双氟磺酰亚胺锂盐和二氟草酸硼酸锂，则两者的比列为1:1、3:2、2:3、1：4。7.一种局部高浓度锂金属电池电解液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：8.一种锂金属电池，其特征在于，包括高压正极、负极、隔膜和如权利要求1-6任一权利要求所述的局部高浓度电解液；所述高压正极为ncm811，负极为锂金属。技术总结本发明的目的在于提供一种局部高浓度电解液及其制备方法、锂金属电池，属于锂金属电池
技术领域：
：。该局部高浓度电解液选用与金属锂浸润性能更好的醚类有机溶剂搭配酯类稀释剂，且选用特定种类的酯类稀释剂，使得构建的电解液对金属锂具有良好的浸润性的同时具有较宽的电化学窗口，最高耐受电压为5V，可以适配3‑4.3V电压的NCM811//Li电池体系；此外，线性氟代酯类化合物作为局部高浓度电解液稀释剂，降低电解液体系粘度，进一步提升电极材料之间的浸润性。技术研发人员：彭晓丽,王文杰,向勇,沈红梅,翁士杰,苏凯,徐海力受保护的技术使用者：电子科技大学技术研发日：技术公布日：2024/6/26