[發明專利]一種電解液及其制備方法以及一種鋰硫電池

在審

• 申請號: 201610857530.7
• 申請日: 2016-09-27
• 公開（公告）號: CN107871888A
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發明（設計）人: 蓋浩然
• 申請（專利權）人: 青島東浩軟件科技有限公司
• 主分類號: H01M10/0566
• 分類號: H01M10/0566;H01M10/0569
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及鋰電池電極材料制備領域，具體涉及一種電解液及其制備方法，和采用該電解液制備的一種鋰硫電池。

背景技術

隨著緊湊便攜式電子產品設備和動力電池的快速發展，對高能量密度電池的需求日益增加。單質硫具有較高的理論比容量(1675mAh/g)和比能量(2600Wh/kg)，是傳統鋰離子電池理論能量密度的5倍以上，目前所開發的鋰硫電池的實際能量密度為400～600Wh/kg，是商業鋰離子電池實際能量密度的2～3倍。作為正極材料的單質硫還具有自然儲量豐富，價格低廉，環境友好等優點。

鋰硫電池體系也是當下學術界廣泛研究的焦點，一般認為，鋰硫電池存在的主要問題在于:1)單質硫的電子電導率較低。2)充放電過程中產生的Sxn-陰離子具有較強的親核能力，其與碳酸酯、LiPF 6等溶劑或者電解質材料之間存在相互作用，所以傳統鋰離子電池電解液不適合于鋰硫電池體系，3)充放電過程中產生的多硫化物(Li2S x)(x＝4～8)會逐漸溶解到電解液中并在正、負極之間穿梭，從而造成正極活性物質的損失，同時這也是鋰硫電池庫倫效率低、容量衰減快的重要因素。4)采用金屬鋰作為負極，在長循環過程中存在鋰枝晶的問題。

為了解決鋰硫電池上述的問題，目前的工作主要著重于正極材料的結構設計，即通過正極外圍包覆聚合物或者使用添加劑來吸附形成的多硫化物從而達到對多硫化物的截留作用。鋰硫電池電解液體系大多選擇化學穩定性良好的三氟甲基磺酰亞胺鋰(LiTFSI)以及醚基(DME和DOL)溶劑，但是醚基溶劑具有較強的極性和給體數(DN)，對多硫化物的溶解性比較大，為了抑制溶劑對多硫化物的溶解性，有研究報道可以提高電解質鹽的濃度來達到目的(L.Suo,et al.,Nature Communication,2013)。另外也有報道選擇固態電解質可以部分抑制枝晶的產生(X.Liang,et al.,Journal of Power Sources,2011,196,3655)，但是有機全固態電解質的電導率較低，導致電池在室溫下難以大電流充放電。

發明內容

鑒于背景技術所存在的問題，本發明的目的在于提供一種用于鋰硫電池的電解液以及包含該電解液的鋰硫電池，該電解液可以有效抑制多硫化物在電解液中的溶解，可以在金屬鋰表面形成穩定的鈍化膜，并且具有良好的阻燃性能，這些性質保證了鋰硫電池具有良好的循環性能和安全性能。

本發明的另一目的在于提供上述一種鋰硫電池及其制備方法。

本發明通過以下技術方案實現：

一種電解液，包含電解質鋰鹽、非水有機溶劑和含醚基官能團的離子液體，所述的含醚基官能團離子液體的結構式為C+[A]-，其中陽離子C+的結構為如下之一：

式中R1，R2，R3和R4相同或者不相同，且至少有一個取代基–(CH2CH2O)nCH3，其中n＝1～3；–(CH2CH2O)nCH3(n＝1～3)基團中，當n＝1時，–CH2CH2OCH3為甲基乙氧基，當n＝2時，–(CH2CH2O)2 CH3為甲基二乙氧基，當n＝3時，–(CH2 CH2O)3CH 3為甲基三乙氧基；所述含醚基官能團離子液體占溶劑比例為5％～100％；電解質鋰鹽在電解液中的濃度為0.5～7mol/L。

所述R1，R2，R3或R4為不含醚基的基團時，R1，R2，R3或R4的結構為–CnH2n+1，n＝1～4；醚基官能團離子液體化合物中陰離子A-為N[(V1 SO2)(V2 SO2)]-，其中V1、V2為CF3、C2F5、C3F7、C4F9、C6F13、C8F17、HCF2OCF2CF2CF2的任一種。

所述含電解質鋰鹽包括主鹽-全氟烷基磺酰亞胺鋰，其中：全氟烷基磺酰亞胺鋰的結構式為LiN[(T1SO2)(T2SO2)]，T1、T2為CF3、C2F5、C3F7、C4F9、C6F13、C8F17、HCF2OCF2CF2CF2的任一種。

所述鹽-全氟烷基磺酰亞胺鋰在電解液中的濃度為0.5～5mol/L，優選為0.8～4mol/L。

所述含電解質鋰鹽還包括輔鹽，所述輔鹽為LiDFOB、LiBOB的至少一種。

所述輔鹽在電解液中的濃度為0～2mol/L，優選為0.1～0.5mol/L。

所述非水有機溶劑包括醚類溶劑，所述醚類溶劑包括二氧五環、1，3-二氧六環、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚或四乙二醇二甲醚的一種以上。

所述含醚基官能團離子液體占溶劑比例為10～60％。