[發明專利]一種鋰硫電池電解液及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202011401404.3
• 申請日: 2020-12-04
• 公開（公告）號: CN112490507A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 晏成林;李濤;孫雅雯;錢濤
• 申請（專利權）人: 蘇州大學張家港工業技術研究院;蘇州大學
• 主分類號: H01M10/0568
• 分類號: H01M10/0568;H01M10/0569;H01M10/052;H01M10/42
• 代理公司: 蘇州根號專利代理事務所(普通合伙) 32276
• 代理人: 仇波

本發明提供了一種鋰硫電池電解液，該鋰硫電池電解液包括鋰鹽、有機溶劑和添加劑，其中，添加劑為硝酸鋰；添加劑在鋰硫電池電解液中濃度的為0.1mol/L?1mol/L。含有本發明的鋰硫電池電解液的鋰硫電池，在低溫環境下具有較高的放電比容量，改善了鋰硫電池低溫下的循環穩定性和倍率性能。

技術領域

本發明涉及一種電解液，尤其涉及一種鋰硫電池的電解液，屬于鋰硫電池技術領域。

背景技術

近來，鋰離子電池因具有高質量能量密度和體積能量密度等優勢，在移動電子設備及電動汽車領域得到了廣泛的應用。然而，隨著新能源汽車、動力儲能及電子產品的不斷開發與發展，人們對電池的性能及適用范圍提出了更高的要求。鋰硫電池具有高能量密度，采用硫單質或含硫物質作為正極活性物質的鋰硫電池，其理論比能量為2600Wh/kg，是目前商業化鈷酸鋰/石墨電池理論能量密度的6倍以上(387Wh/kg)。此外，硫資源含量豐富，鋰硫二次電池還具備價格低廉、環保無污染等優點，是一種非常具有應用前景的電池。

傳統鋰離子電池的低溫放電性能較差，且大多數鋰電池在-20℃以下很難正常使用，導致鋰電池在高緯度、高海拔地區及水下等低溫環境中的應用受到很大的限制。

目前，極具應用前景的鋰硫電池在低溫條件下也存在著類似的問題，例如低溫放電容量低，容量保持率差等。鋰硫電池的化學反應速度與溫度密切相關，低溫下，鋰硫電池的化學反應速度會迅速變慢，可逆性受到極大的影響，其在低溫下的充放電行為也極為復雜，在-40℃下，電池的放電反應會經歷多步反應，出現多個放電平臺，且鋰硫電池在-20℃下，其比容量已經衰減到室溫狀態下比容量的20％，嚴重限制了鋰硫電池在低溫環境下的應用。然而，目前鋰硫電池的研發大多集中于正極材料的改進與開發，對于改善鋰硫電池在低溫環境下性能的研究相對較少，改善鋰硫電池的低溫性能也是亟待解決的一大熱點。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明的目的在于提供一種具有良好的低溫放電性能，在低溫環境下具有優異的性能的鋰硫電池。

為了實現上述技術目的，本發明首先提供了一種鋰硫電池電解液，該鋰硫電池電解液包括鋰鹽、有機溶劑和添加劑，其中，鋰鹽在有機溶劑中的濃度為0.1mol/L-5mol/L，添加劑為硝酸鋰(LiNO₃)；添加劑在鋰硫電池電解液中濃度的為0.1mol/L-1mol/L。

本發明的一具體實施方式中，添加劑在鋰硫電池電解液中的濃度優選為0.1mol/L-0.5mol/L；更優選添加劑在鋰硫電池電解液中濃度的為0.1mol/L。

本發明的鋰硫電池電解液，添加劑硝酸鋰可以有效地參與電極材料與電解液界面SEI膜的形成，有助于電極表面形成一層均勻穩定的保護膜，并能夠極大地提高鋰硫電池在低溫下的庫倫效率。

本發明的一具體實施方式中，鋰鹽的濃度為0.1mol/L-5mol/L；優選鋰鹽的濃度為0.5mol/L。

本發明的一具體實施方式中，采用的鋰鹽選自LiTFSI、LiCF₃SO₃、LiN(CF₃SO₂)₂、LiN(FSO₂)₂、LiPF₆、LiBF₄、LiBOB、LiBC₂O₄F₂、LiClO₄中的至少一種；優選鋰鹽為LiTFSI。

本發明的一具體實施方式中，有機溶劑選自乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、二乙二醇二乙醚、1,3二氧戊環、二氧六環、氟代碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、乙基甲基碳酸酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸亞乙烯酯中的至少一種。優選有機溶劑為體積比為1-5：1-5(優選1:1)的1,3二氧戊環與乙二醇二甲醚(DOL/DME(1:1v/v))。