[發明專利]一種用于鋰硫電池的電解液

有效

• 申請號: 201610833354.3
• 申請日: 2016-09-20
• 公開（公告）號: CN107845831B
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發明（設計）人: 王美日;張華民;張洪章;李先鋒
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/0569;H01M10/0525
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

本發明涉及一種用于鋰硫電池的電解液。包括電解質和溶劑，電解液中還添加有正極保護劑，所述保護劑為N,N?羰基二咪唑(CDI)、N,N?羰基二咪唑磺酰胺、硫代羰基二咪唑中的一種或二種以上；正極保護劑的添加量為鋰硫電池正極中含有的活性物質質量的0.1％～5％。與現有的電池技術相比，本發明采用的電解液，溶劑中含有正極保護劑(含有?N鍵/?S鍵)，可有效的吸附溶解的硫或多硫化物，抑制鋰硫電池中的“穿梭效應”，提高電池的庫倫效率，從而提高電池的循環穩定性。

技術領域

本發明涉及鋰硫電池技術領域，尤其涉及一種鋰硫電池用電解液。

背景技術

近年來，隨著石油產量的下降和全球環境污染的加劇，世界各國普遍認識到清潔無污染的電動交通工具取代燃油車是一個國家持續發展的必然選擇。而高比容量的動力電池技術已成為純電動汽車發展的關鍵。同時，通訊技術、空間技術、國防工業的迅猛發展也極大促進了對小體積，大容量的可充電電池的需求。目前在商業化的二次電池中，鋰離子電池是目前能量密度最高的二次電池，但是基于“脫嵌”理論的鋰離子電池，其理論比容量目前小于300mAh g^-1，實際能量密度小于200Wh kg^-1，遠不能滿足人們對電動汽車500km續航的需求。鋰硫電池作為一種新的電化學儲能二次電池，與傳統的鋰離子“脫嵌”式材料不同，在放電過程中，硫和金屬鋰發生兩電子反應，可以放出很高的比容量(1675mAh g^-1),理論比能量也高達2600Wh kg^-1，同時，活性物質硫具有自然豐度大，成本低，低毒，環境友好等優點，因此，鋰硫電池被認為是可替代鋰離子電池的新型二次電池之一，具有良好的應用前景。

盡管有相當大的優勢，鋰硫電池存在的問題卻阻礙其廣泛應用。其中包括硫的絕緣性、多硫化物的“穿梭效應”、及電池的安全性幾個方面。針對以上幾個問題，近年來研究人員提出了較多的鋰硫電池改進技術。其中包括正極采用碳硫復合材料；對正極的硫顆粒或碳硫復合物進行包覆；利用單離子透過膜代替現有的隔膜；開發不同類型的電解液和電解液添加劑；制備獨立的自支撐碳膜等。

在這些改進方案中，往往都會帶來復雜的制備工藝，并提高電池的成本。而在現有電解液組分的基礎上添加添加劑更方便可行。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供一種用于鋰硫電池的電解液。該電解液用于鋰硫電池能夠緩解鋰硫電池循環壽命差的問題，同時能在正極表面形成電解質表面膜，提高電池的安全性。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種鋰硫電池的電解液，包括電解質和溶劑，所述電解液中還額有添加正極保護劑，所述正極保護劑是N,N-羰基二咪唑(CDI)、N,N-羰基二咪唑磺酰胺、、硫代羰基二咪唑中的一種或二種以上；正極保護劑的添加量為鋰硫電池正極中含有的活性物質質量的0.1％～5％。

所述的正極保護劑須能溶解于現有鋰硫電池電解液的溶劑中；所述鋰硫電池電解液的溶劑選自:碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、四氫呋喃、乙酸甲酯、甲酸甲酯、乙酸丙酯、二甲基亞砜、環丁砜、二乙二醇二甲醚、四甘醇二甲醚、1，3-二氧五環中的一種或二種以上；所述鋰硫電池電解液的電解質選自:雙三氟甲基磺酸酰亞胺鋰、三氟甲基磺酸酰亞胺鋰、六氟磷酸鋰、高氯酸鋰中的一種或二種以上。

所述電解質于電解液中的摩爾濃度0.1-7M。

所述的正極保護劑其純度不低于99％，水分含量不高于100ppm，優選的純度大于99.5％，水分含量不高于20ppm。

所述的正極保護劑的添加量為鋰硫電池正極活性物質的0.5％-3％。

所述的鋰硫電池正極活性物質為單質硫或硫化鋰或多硫化鋰中的一種或二種以上。

本發明的有益結果為：