[發明專利]一種金屬硫電池電解液及包含該電解液的金屬硫電池

在審

• 申請號: 202010538261.4
• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號: CN111710907A
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: 鄧永紅;肖映林;李陽陽;翟浩宇
• 申請（專利權）人: 南方科技大學
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/052;H01M10/054
• 代理公司: 深圳鼎合誠知識產權代理有限公司 44281
• 代理人: 張海平;彭家恩

本發明提供一種金屬硫電池電解液，其包含非水有機溶劑、金屬鹽、第一添加劑和第二添加劑，該第一添加劑為LiNO₃，該第二添加劑包括如結構式I?IV所示的化合物中的一種或者多種。本發明還提供包含該金屬硫電池電解液的金屬硫電池，尤其是鋰硫電池。第一添加劑用于保護金屬負極，提高電池的庫倫效率，而第二添加劑化合物在電池使用過程中在電池正極表面還原分解形成一層正極?電解液界面(CEI)膜，該CEI膜能有效地隔離電池正極產生的多硫化鋰(Li₂S_n，3≤n≤8)與電解液的接觸，限制多硫化鋰在電解液中的溶解，減少多硫化鋰在隔膜上的穿梭效應，抑制穿梭的多硫化鋰對鋰負極的腐蝕，從而提高電池循環穩定性能。

技術領域

本發明涉及電池技術領域，具體涉及一種金屬硫電池電解液及包含該電解液的金屬硫電池。

背景技術

目前人類面臨著能源短缺日益嚴峻、環境污染持續惡化的問題。為了實現可持續發展，新能源和可再生能源的利用和發展成為世界各國研究的熱點，水能、風能、氫能、核能、潮汐能、太陽能都得到了大力的發展和利用。而儲能器件性能的提高，有效地促進了新能源應用的普及。在各種儲能方式中，電化學儲能以其能量密度高、能源轉換效率好、污染小、組合和移動方便等特點，成為世界各國重要研究方向之一。

金屬硫電池如鋰硫電池作為高理論容量、環境友好、成本低廉的電化學儲能器件引起廣泛的關注。鋰硫電池是一種以硫元素作為電池正極，金屬鋰作為負極的鋰電池。單質硫在地球中儲量豐富，具有價格低廉、環境友好等特點。利用硫作為正極材料的鋰硫電池，其材料理論比容量和電池理論比能量較高，遠高于商業上廣泛應用的鈷酸鋰電池的容量。因此鋰硫電池是一種非常有前景的鋰電池。類似地，其他金屬硫電池如鉀硫電池和鈉硫電池以硫元素作為電池正極，金屬鉀或鈉作為負極，也成為電池開發的熱點。

然而，單質硫或硫基復合物作為鋰硫電池等金屬硫電池的正極材料，在電池使用過程中會發生正極硫溶出現象，產生多硫化鋰(Li₂S_n，3≤n≤8)中間產物，該中間產物在電解液中溶解會導致電池的庫侖效率和活性物質利用率低下，影響電池的循環性能的穩定。

發明內容

為了解決現有的鋰硫電池等金屬硫電池發生正極硫溶出現象而影響電池循環性能穩定的問題，本發明提供一種新的金屬硫電池電解液及包含該電解液的金屬硫電池。

因此，在第一方面，本發明提供一種金屬硫電池電解液，其包含非水有機溶劑、金屬鹽、第一添加劑和第二添加劑，該第一添加劑為LiNO₃，該第二添加劑包括如結構式I-IV所示的化合物中的一種或者多種：

其中，R₁至R₆各自獨立地選自氫、鹵素、具有1至10個碳原子的烴基或具有1至10個碳原子的鹵代烴基。

進一步地，該非水有機溶劑包括但不限于二乙二醇二甲醚、碳酸二甲酯、1,3-二氧戊環、碳酸亞乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、氟代碳酸乙烯酯、亞硫酸丙烯酯和丙酸甲酯中的一種或多種。

進一步地，該金屬鹽包括鋰鹽、鉀鹽或鈉鹽，優選為鋰鹽。鋰鹽包括但不限于LiTFSI、LiFSI、LiPF₆、LiClO₄和LiBOB中的一種或多種。

進一步地，以該金屬硫電池電解液的總重量計，該第一添加劑的含量為0.1-20wt％。

進一步地，以該金屬硫電池電解液的總重量計，該第二添加劑的含量為0.1-30wt％。

進一步地，該金屬鹽在該金屬硫電池電解液中的濃度為0.1-10M。

另一方面，本發明提供了一種金屬硫電池，包括正極、負極、位于正極和負極之間的隔膜以及第一方面所述的金屬硫電池電解液。