[發明專利]一種活性電解液及制備方法和用途

有效

• 申請號: 201811028193.6
• 申請日: 2018-09-04
• 公開（公告）號: CN108808092B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 魏志凱;閆新秀;黃美靈;張煥;葉長英
• 申請（專利權）人: 四川華昆能源有限責任公司
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/052
• 代理公司: 成都頂峰專利事務所(普通合伙) 51224
• 代理人: 陳錢

本發明屬于鋰硫電池技術領域，公開了一種活性電解液及制備方法和用途所述活性電解液包括如下重量份數的組分：醚類溶劑40份?85份、鋰鹽5份?15份、苯硫醚類助劑5份?20份、多硫活性組分15份?30份。所述制備方法包括如下步驟：A、將醚類溶劑、鋰鹽和苯硫醚類助劑混合均勻后，得到鋰鹽溶液；B、將硫和硫化鋰粉末按照重量比例加入到鋰鹽溶液中，加熱反應后，得到含有Li₂S_y的活性電解液。活性電解液用于制備鋰硫電池的用途。本發明具有更高的反應活性和穩定性，能夠大幅提升鋰硫電池的循環穩定性。

技術領域

本發明屬于鋰硫電池技術領域，具體涉及一種活性電解液及制備方法和用途。

背景技術

近幾年來鋰離子電池在電動汽車、電動自行車及儲能電池等領域的獲得成功的應用推廣，不僅方便了人們的出行和生活，也對社會能源的可持續發展做出了巨大的貢獻。然而基于石墨和金屬氧化物體系的搖椅式鋰離子電池體系的能量密度以達到其理論極限，進一步提升的空間較小，逐漸無法滿足人們對高能量密度儲能器件的需求。鋰硫電池以金屬鋰為負極，硫為正極，理論能量密度能夠達到2600Wh/kg，是鋰離子電池理論能量密度的3～5倍，而且硫材料價格低廉，易加工、對環境友好，因此鋰硫電池被認為是近期最有希望替代鋰離子電池的新型儲能體系。

然而相對于鋰離子電池這種成熟的電池體系來說，鋰硫電池雖然早在十九世紀五十年代已經開始研發，但至今仍未實現規模商業化，這主要是由于該體系仍存在較多的技術問題需要解決。首先，單質硫及放電產物硫化鋰在室溫下是電子和離子絕緣體，限制了硫在電池放電過程中的利用率和倍率性能，尤其是電極在高硫含量(電極上硫含量80％wt)和高硫載量(電極上硫負載量5mg/cm²)情況下存在極片開裂、硫利用率低、循環穩定性差等問題。其次，硫在充放電過程中會發生17％的體積膨脹和收縮，在高載量的情況下這種體積效應會更加明顯，導致電極材料結構變化，容易與金屬集流體發生脫離，造成容量衰減。因此對于鋰硫電池正極而言，獲得高單位面積硫載量和高單位面積容量發揮以獲得具有較高能量密度的鋰硫電池器件仍然是鋰硫電池商業化所面臨的重要技術問題。另一方面為了解決硫材料導電性差的問題，通常將硫同碳材料進行熔融混合獲得硫碳復合材料以提高其電導率，在加工過程中通常將硫和碳的粉末進行固相混合并進行高溫熱處理來實現。由于硫粉和碳粉的化學活性較高，這種工藝在大批量生產情況下存在爆炸的風險，并且混合的效率較低，導致硫在電極中的分布不均勻，電池一致性較差。

發明內容

為了解決現有技術存在的上述問題，本發明目的在于提供一種活性電解液及制備方法和用途。該活性電解液通過將硫活性材料以較高的比例溶解于電解液中獲得可進行充放電的活性電解液，從而使鋰硫電池正極實現無硫化結構，從而在電池組裝過程中通過控制電解液加入量實現對電池設計容量的控制，提高電池組裝的一致性。另外，在助劑的作用下可以提高硫在電解液中的反應活性和穩定性，進而制備出可穩定循環的高單位面積容量的鋰硫電池器件。

本發明所采用的技術方案為：

一種活性電解液，所述活性電解液包括如下重量份數的組分：醚類溶劑40份-85份、鋰鹽5份-15份、苯硫醚類助劑5份-20份、多硫活性組分15份-30份。

其中，多硫活性組分的結構式為Li₂S_y，y的值為1-4；苯硫醚類助劑的結構式為Ph-S_x-Ph，x的值為1-4。

進一步的，所述y的值為2-3；所述x的值為2-3。

進一步的，所述醚類溶劑為乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、1,3-二氧戊環、1,4-二氧六環或四氫呋喃中的一種或多種。

進一步的，所述鋰鹽為雙三氟甲基磺酰亞胺鋰、雙氟磺酰亞胺鋰、三氟甲基磺酸鋰、硝酸鋰中的一種或多種。