[發明專利]高循環穩定性的鋰硫電解液

有效

• 申請號: 201810131123.7
• 申請日: 2018-02-09
• 公開（公告）號: CN108417893B
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 付永勝;吳震;汪信;朱俊武;潘書剛;歐陽曉平;許方;朱嘉桐;楊宇豪;袁磊;韓秋瑞;蘭穎潔
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/052
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 劉海霞

本發明公開了一種高循環穩定性的鋰硫電解液。所述的電解液由體積比為1:1的乙二醇二甲醚和1,3二氧戊環組成的醚類有機溶劑，0.5～2M鋰鹽和質量分數為0.1～1％的碳量子點組成。本發明通過向電解液中添加碳量子點作為添加劑，碳量子點捕獲溶解多硫化鋰形成阻隔層，阻止多硫化鋰的進一步溶出，使得電池的具有超高的穩定性能。同時碳量子點阻止后續的多硫化鋰溶解擴散，避免多硫化鋰到達金屬鋰負極并與之反應發生穿梭效應，使得電池具有較高的庫倫效率和穩定的循環性能。本發明的鋰硫電解液工藝簡單，成本低廉，適用于產業化。

技術領域

本發明屬于電池電解液材料技術領域，涉及一種鋰硫電池電解液，具體涉及一種高循環穩定性的鋰硫電解液。

背景技術

基于嵌入反應的鋰離子電池(LIBs)已經達到了它們能力密度的極限，無法滿足快速發展的電動汽車、大尺寸儲能設備和先進的便攜式電子設備的需求。鋰硫電池(Li-S)因為在能量密度上擁有壓倒性的優勢，被認為是下一代電化學能源儲存技術中很有希望的候選者。除此之外，硫的高天然豐度、廉價、對環境友好等優點，使得鋰硫電池比目前的鋰離子電池更具有吸引力和商業競爭力。可是，一系列的問題仍然阻礙著鋰硫二次電池的實際應用，包括活性材料利用率低、循環壽命短、自放電快和庫倫效率低。硫與其放電最終產物(Li₂S/Li₂S₂)的絕緣性及循環過程中中間產物多硫化物的溶解是導致鋰硫電池性能不佳的兩個主要原因。

為阻止多硫化物的遷移并提高活性物質硫的利用率，研究者們針對硫正極、電解液、隔膜和鋰金屬負極已經展開大量的工作。雖然在很大程度上抑制了多硫化物的溶解，抑制了鋰硫電池的穿梭效應，但所采用的方法往往工藝復雜，成本較高，難以產業化應用。現今，商業化的鋰硫電池電解液由乙二醇二甲醚(DME)和1,3二氧戊環(DOL)醚類有機溶劑，鋰鹽(三氟甲磺酸鋰或者雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰)以及電解液添加劑硝酸鋰組成，在一定程度上抑制了多硫化物與鋰負極的反應，但電池依然存在多硫化鋰溶解于電解液導致容量大幅衰減的問題。開發低成本而高效的鋰硫電解液是一個十分可行的方向。中科院大連化物基于軟硬酸堿理論，通過向電解液中加入N-甲基，N-乙基吡咯烷酮(MEP)使得電池高能量密度的情況下，在100圈后的容量保持率達到65％，在一定程度上抑制了多硫化鋰的歧化。然而，這并沒有大幅度提高鋰硫電池的循環穩定性(Chen Y,et al.PolysulfideStabilization:A Pivotal Strategy to Achieve High Energy Density Li–SBatteries with Long Cycle Life[J].Advanced Functional Materials,2018.)。

發明內容

本發明目的在于提供一種高循環穩定性的鋰硫電解液。

實現本發明目的的技術方案如下：

高循環穩定性的鋰硫電解液，包括以下組分：

體積比為1:1的乙二醇二甲醚(DME)和1,3二氧戊環(DOL)組成的醚類有機溶劑，0.5～2M鋰鹽，質量分數為0.1～1％的碳量子點。

優選地，所述的碳量子點選自氮摻雜碳量子點，硼摻雜碳量子點，硫摻雜碳量子點或磷摻雜碳量子點。

優選地，所述的鋰鹽為三氟甲磺酸鋰或者雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰。

優選地，所述的鋰鹽的濃度為0.5～1M。

優選地，所述的量子點的質量分數為0.1～0.5％。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：