[發明專利]一種電解液、含電解液的鋰硒電池及其制備方法

在審

• 申請號: 202010131898.1
• 申請日: 2020-02-29
• 公開（公告）號: CN111342115A
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 黃云輝;伽龍;戚孝群;靳強;楊鳳儀;陳筱
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: H01M10/0525
• 分類號: H01M10/0525;H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0568;H01M10/0569
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 吳文濱

本發明涉及一種電解液、含電解液的鋰硒電池及其制備方法，電解液包括電解液溶劑以及溶于電解液溶劑中的鋰鹽和稀釋劑，所述鋰鹽的濃度為2?6mol/L。鋰硒電池的制備方法具體為：(a)取硒單質和介孔碳均勻混合，后在氮氣氣氛中加熱，并保溫，得到硒@介孔碳復合材料；(b)混合步驟(a)得到的硒@介孔碳復合材料、粘結劑與分散劑，形成漿料，再將漿料涂覆在集流體上，后通過干燥去除分散劑，得到硒正極；(c)組裝步驟(b)得到的硒正極、電解液和鋰負極，即得所述的鋰硒電池。與現有技術相比，本發明可同時提升鋰硒電池的多項電化學性能(包括活性物質利用率，循環性能)，并可通過壓實處理獲得密實的正極，從而提高體積能量密度。

技術領域

本發明涉及鋰電池領域，具體涉及一種電解液、含電解液的鋰硒電池及其制備方法。

背景技術

進入21世紀后，鋰離子電池得到快速發展的同時，也推動了電子產品和電動汽車的發展。隨著鋰離子電池能量密度要求的不斷提高，以及傳統的鋰離子正極材料面臨著接近其理論容量的瓶頸，因此開發新型的二次鋰離子電池體系十分必要。硒作為正極材料與金屬鋰匹配，具有較高的理論比容量(675mAh/g)、體積比容量(3265mAh/cm³)和高的電導率(10^-5S/cm)等優點，成為最有希望的下一代二次電池正極材料之一。

當前，鋰硒電池的性能遠遠低于預期主要受限于電解液。目前，醚類和碳酸酯類電解液被廣泛使用，其中醚類電解液存在的穿梭效應極易造成電池容量快速衰減，同時疏松多孔的結構要求又大大降低了硒正極的體積能量密度；對于碳酸酯類的電池液而言，鋰硒電池表現出低的活性物質利用率和差的動力學性能的特性。以上兩類電解液中，鋰硒電池的電化學性能均對正極的硒含量十分敏感，當正極中硒含量高于60wt％時，鋰硒電池的循環容量快速衰減，從而大大降低了鋰硒電池的應用價值。對于傳統電解液，鋰鹽濃度為1mol/L時處于最優的濃度區間，電解液具有最高的離子電導率，隨著鋰鹽濃度繼續提高，電解液粘度的增大導致離子電導率隨之下降。

另外，當前硒正極的制備過程中無法對硒正極進行壓實，原因在于：(1)醚類電池液中的溶解-轉化機理，要求正極疏松多孔，降低轉化過程中正極表面多硒化物的局部濃度，并起到吸附多硒化物的作用，來降低穿梭效應的影響；(2)碳酸酯類電解液中的一步轉化機理，轉化動力學差，對正極進行壓實處理后，電池的循環性能變差。

發明內容

本發明的目的就是為了解決上述問題而提供一種電解液、含電解液的鋰硒電池及其制備方法，可得到密實的硒正極，從而顯著提升體積能量密度，硒正極和含高濃度鋰鹽的電解液相互配合，提高了鋰硒電池的電池性能。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種電解液，所述電解液包括電解液溶劑以及溶于電解液溶劑中的鋰鹽和稀釋劑，所述鋰鹽的濃度為2-6mol/L。

優選地，所述電解液溶劑選自1,3-二氧戊環(DOL)、1,2-乙二醇二甲醚(DME)、乙腈(AN)、環丁砜(TMS)中的一種或多種，

所述鋰鹽選自二(三氟甲基磺酰)亞胺鋰(LiTFSI)或雙氟磺酰亞胺鋰(LiFSI)中的一種或多種，

所述稀釋劑選自1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚(HFE-458)、1,1,2,2-四氟乙基乙基醚(HFE-374)、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,2-三氟乙基醚(HFE-347)、三氟乙基六氟丙基醚(HFE-449mec-f)、六氟丙基甲醚(HFE-356mec)或甲基九氟丁醚(HFE-7100)中的一種或多種。

優選地，所述稀釋劑的體積占電解液總體積的30-60％。

一種包含如所述的電解液的鋰硒電池，所述鋰硒電池包括正極、負極和電解液，所述正極為硒正極，所述硒正極包括集流體和涂覆在集流體上的正極材料，所述正極材料包括硒@介孔碳復合材料和粘結劑，所述負極為鋰負極。