[發明專利]一種含有多功能添加劑的鋰硫電池電解液及其應用

有效

• 申請號: 201911248701.6
• 申請日: 2019-12-09
• 公開（公告）號: CN110854437B
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 張強;張學強;金奇
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/052
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 陳波

本發明公開了屬于可充放的高比能二次電池技術領域的一種含有多功能添加劑的鋰硫電池電解液及其應用。本發明電解液包括有機溶劑、鋰鹽和多功能添加劑，所述多功能添加劑為具有R₁?O?R₂化學結構式的化合物中的一種或多種；所述R₁、R₂相同或不同，R₁或R₂選自C1?C8烷烴基、C2?C8烯烴基、C3?C8環烷基、C3?C8雜環烷基或部分不飽和C3?C8環烴基；所述C3?C8環烷基、C3?C8雜環烷基或部分不飽和C3?C8環烴基的環結構含或不含取代基。本發明通過引入多功能醚類添加劑，減少了活性物質硫和鋰的流失，增強了電池的循環穩定性，抑制了電解液中的多硫化物與金屬鋰之間的化學反應，提升電池的庫倫效率。

技術領域

本發明屬于可充放的高比能二次電池技術領域，特別涉及一種含有多功能添加劑的鋰硫電池電解液及其應用。

背景技術

隨著新能源技術的不斷發展，特別是隨著智能通訊設備和電動汽車領域對于高能量密度二次電池的迫切需求。對高能量密度儲能以及轉換裝置的研究具有實際意義。相比于傳統鋰離子電池依靠鋰離子的嵌入和脫出進行儲能，從電化學角度來說，多電子反應材料體系是構建高比能二次電池的基礎。其中，鋰硫電池因具有非常高的理論比容量(1672mAh/g)和理論能量密度(2570Wh/kg)，且硫價格低廉，儲量豐富，已經成為下一代新鋰二次電池的重點研究對象。

鋰硫電池雖然具有很多優點，但是目前仍然沒有實現商業化，其主要原因是在鋰硫電池充放電過程中中間產物多硫化鋰會溶解在傳統醚類電解液中，在電場和濃度場的雙重作用下在正負極之間遷移即“穿梭效應”。一方面，穿梭效應會降低活性物質的利用率；另一方面，多硫化鋰還會與金屬鋰負極發生不可逆的化學反應，腐蝕金屬鋰，造成嚴重的鋰枝晶問題和鋰負極的快速失效，嚴重影響鋰硫電池的庫倫效率和循環壽命。目前對鋰硫電池的研究進展主要集中在正極材料部分，通過正極結構的設計和引入化學的吸附作用，可以有效抑制多硫化鋰的穿梭反應。但是，一方面，這樣會造成成本的增加，另一方面還需要復雜的電極材料設計，不利于鋰硫電池的大范圍應用和推廣。通過引入功能性添加劑在金屬鋰表面形成穩定的SEI是一種有效保護金屬鋰負極的方法，但是由于添加劑的量較少，且在循環過程中的不斷消耗造成較差的長期循環穩定性。

通過改變電解液的溶劑組成以緩解金屬鋰的腐蝕和大幅度提升鋰硫電池的循環穩定和庫倫效率，是一種簡單、經濟、長期有效的方法。因此，研發能顯著提高和電池循環壽命的鋰硫電池電解液成為當下的研究熱點。但是，受制于多電子轉化機制的復雜性和多硫化物的不穩定性，鋰硫電解液的研發面臨極大的挑戰。

發明內容

本發明的目的在于提供一種含有多功能添加劑的鋰硫電池電解液及其應用，具體技術方案如下：

一種含有多功能添加劑的鋰硫電池電解液，包括有機溶劑、鋰鹽和多功能添加劑，所述多功能添加劑為具有R₁-O-R₂化學結構式的化合物中的一種或多種；

所述R₁、R₂相同或不同，R₁或R₂選自C1-C8烷烴基、C2-C8烯烴基、C3-C8環烷基、C3-C8雜環烷基或部分不飽和C3-C8環烴基；

本發明所述自C1-C8烷烴基、C2-C8烯烴基為直鏈或支鏈烴基。

本發明所述C3-C8環烷基、C3-C8雜環烷基或部分不飽和C3-C8環烴基的環結構含或不含取代基。

本發明所述C3-C8雜環烷基中雜原子為氮原子、硫原子或氧原子；所述部分不飽和C3-C8環烴基包括C3-C8環烯基、苯基、取代苯基。

所述C3-C8環烷基、C3-C8雜環烷基或部分不飽和C3-C8環烴基環結構上的取代基為C1-C6烷基、C1-C6烯烴基、氨基、苯基、鹵素。