[發明專利]一種降低鋰硫電池電解液粘度的添加劑及合成方法

在審

• 申請號: 201811120305.0
• 申請日: 2018-09-26
• 公開（公告）號: CN109280031A
• 公開（公告）日: 2019-01-29
• 發明（設計）人: 陳慶;廖健淞
• 申請（專利權）人: 成都新柯力化工科技有限公司
• 主分類號: C07D233/60
• 分類號: C07D233/60;H01M10/0567
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及鋰硫電池領域，公開了一種降低鋰硫電池電解液粘度的添加劑及合成方法。包括如下制備過程：（1）將N,N'?羰基二咪唑加入氯乙烷溶液中，攪拌并加熱反應，蒸餾、結晶，形成乙基接枝N’N?羰基二咪唑的氯鹽晶體顆粒；（2）使用乙酸乙酯洗滌后與二氰氨鈉粉末在丙酮溶液中共混，磁力攪拌后蒸發結晶，制得含有少量丙酮的離子液體；（3）向步離子液體中加入乙醇胺，反應形成氨基接枝的離子液體，即可降低鋰硫電池電解液粘度的添加劑。本發明制得的添加劑具有極低的粘度，加入TFSI系離子液體電解液后，可有效降低電解液的粘度，降低對鋰離子的傳導能力，并且添加劑中的氨基可有效吸附產物中的多硫化物，提升了電解液的倍率性能。

技術領域

本發明涉及鋰硫電池領域，公開了一種降低鋰硫電池電解液粘度的添加劑及合成方法。

背景技術

面對新能源技術的飛速發展,?特別是隨著智能通訊和電動汽車領域的潛在市場需求，發展具有更高能量密度的二次電池體系的任務十分迫切。從電化學角度考慮，多電子反應材料體系是構建高比能二次電池的基礎，?其中，鋰硫電池是一個很好的例證。鋰硫電池具有非常高的理論容量，同時其成本相對較低，已成為下一代新能源電池的主流導向。

鋰硫電池的安全性能較差，主要是因為負極的金屬鋰非常活波，極易與電解液發生反應，同時負極表面的鈍化層在充放電過程中會反復溶解、形成，鋰離子容易在負極表面沉積為鋰枝晶，刺穿隔膜造成安全隱患。除了研究高性能負極材料外，電解液也是其性能提升的關鍵因素。目前，鋰硫電池的液體電解液主要分為醚類易溶性溶劑的電解液和碳酸酯類難溶性溶劑的電解液。

在鋰硫電池電解液中，硫基復合材料在不同的液體電解質中的電化學行為表現明顯不同，而不同的電解液也對硫基復合材料的硫分散復合方式有不同的要求。近年來研究發現，二(三氟甲基磺酰)亞胺（TFSI）系離子液體與傳統的電解液相比，其液程寬，熔點低，同時可以抑制鋰硫電池中多硫化物的穿梭效應，改善鋰硫電池的循環穩定性，因此其研究和應用廣受關注。

中國發明專利申請號201410738606.5公開了一種電解液，其含有哌啶類離子液體、氟代芳香化合物、電解質鹽、非水有機溶劑及成膜添加劑。哌啶類離子液體不僅具有蒸汽壓低、電化學窗口寬、阻燃等優點，還能維持良好的電化學性能。氟代芳香化合物有助于降低離子液體粘度、與哌啶類離子液體配合使用，不僅可以提高鋰二次電池的循環穩定性，還可以提高電池防過充性能及高壓性能。成膜添加劑有助于在電極表面形成穩定的隔離膜，進一步提高所述電解液體系的電化學性能。電解液用于鋰二次電池，維持良好的電化學性能的同時，同時提高電池的安全性能。

中國發明專利申請號201710807396.4公開了一種鋰硫電池用電解液，包含電解質鋰鹽、離子液體、非溶劑液體與添加劑。其中，非溶劑液體的粘度低于所使用的離子液體，并且鋰鹽與充放電過程中形成的聚硫鋰在非溶劑液體中的溶解度均遠低于在離子液體中相應的溶解度，而添加劑為有別于電解質鋰鹽的另一種具有成膜功能的鋰鹽，非溶劑液體可選擇氟化醚。該發明的主要宗旨在于發揮離子液體與非溶劑液體二者的互補協同作用，并通過成膜性鋰鹽的輔助，一方面降低離子液體基電解液的粘度，提高電解液的離子電導率，另一方面增強電解液抑制聚硫鋰溶解與穿梭的能力。采用本發明調制的電解液，極大程度避免了聚硫鋰給鋰硫電池帶來的各種負面影響，整體上提升了電池的容量、循環與倍率等性能。

根據上述，現有方案中用于鋰硫電池的電解液，特別是TFSI系電解液，存在價格昂貴、粘度較大、電池倍率特性較差等缺點，而利用溶性液體如氟化醚類與TFSI的共同作用降低粘度的方法，熱穩定性差且易脹氣，無法有效解決電解液粘度大而倍率性能差的問題。

發明內容

目前應用較廣的用于鋰硫電池的電解液，特別是TFSI系電解液，存在粘度大的缺點，導致電解液對對鋰離子的傳導能力有限，并且倍率性能差，影響了鋰硫電池中的發展應用。

為解決上述問題，本發明采用以下技術方案：