一种提高锂硫电池循环性能的电解液制造技术

本发明专利技术属于锂电池领域，提供了一种提高锂硫电池循环性能的电解液，其电解液配方包括锂盐，苏丹红，三甲基氧化磷（THPO），二甲苯，二氧戊环。通过向电解液中添加三甲基氧化磷（THPO）与苏丹红，促进锂离子与苏丹红的偶氮结构在THPO辅助下发生螯合反应，使电解液中的锂离子更难与游离的硫离子结合，从而抑制硫离子向负极的迁移。通过锂离子与添加剂形成螯合相，使硫离子更难锂离子相互结合，抑制多硫化锂向负极的穿梭效应，提高电池的可逆容量。

An Electrolyte for Improving the Cycling Performance of Lithium-Sulfur Batteries

The invention belongs to the field of lithium batteries, and provides an electrolyte for improving the cycle performance of lithium sulfur batteries. The electrolyte formula includes lithium salt, Sudan red, trimethyl phosphorus oxide (THPO), xylene and dioxane. By adding trimethyl phosphorus oxide (THPO) and Sudan red to the electrolyte, the azo structure of lithium ion and Sudan red can be chelated with the help of THPO, which makes it more difficult for lithium ion in the electrolyte to bind with free sulfur ion, thus inhibiting the migration of sulfur ion to the negative electrode. By forming a chelating phase between lithium ion and additives, it is more difficult for sulfur ion to combine with lithium ion, inhibit the shuttle effect of lithium polysulfide to the negative electrode, and improve the reversible capacity of the battery.

【技术实现步骤摘要】
一种提高锂硫电池循环性能的电解液
本专利技术属于锂电池领域，具体涉及一种一种提高锂硫电池循环性能的电解液。
技术介绍
锂电池是一种以锂金属或锂合金为负极材料，使用非水电解质溶液的一次电池，与可充电电池锂离子电池跟锂离子聚合物电池是不一样的。锂电池的专利技术者是爱迪生。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。所以，锂电池长期没有得到应用。随着二十世纪末微电子技术的发展，小型化的设备日益增多，对电源提出了很高的要求。锂电池随之进入了大规模的实用阶段。锂电池通常分两大类：锂金属电池：锂金属电池一般是使用二氧化锰为正极材料、金属锂或其合金金属为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。锂离子电池：锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。虽然锂金属电池的能量密度高，理论上能达到3860瓦/公斤。但是由于其性质不够稳定而且不能充电，所以无法作为反复使用的动力电池。而锂离子电池由于具有反复充电的能力，被作为主要的动力电池发展。但因为其配合不同的元素，组成的正极材料在各方面性能差异很大，导致业内对正极材料路线的纷争加大。通常我们说得最多的动力电池主要有磷酸铁锂电池、锰酸锂电池、钴酸锂电池以及三元锂电池（三元镍钴锰）。随着锂离子电池技术的不断突破，电池的正负极材料容量逐渐增加，有望在2020年前达到300Wh/kg的国家标准，但仍然难以满足对锂电池容量日益提高的需求。锂硫电池具有极高的理论容量，是下一代锂离子电池的首选目标。但锂硫电池在充放电过程中会出现大量的多硫化锂中间相，在电解液中具有较高的溶解度，极易穿过隔膜向负极迁移并与负极的金属锂发生反应形成不溶的Li2S，消耗正极硫含量的同时对负极锂金属的腐蚀较为严重。因此对于锂硫电池中硫正极的溶解和穿梭效应的控制具有十分重要的实际意义。公开（公告）号：CN102903958A公开了一种提高钛酸锂电池循环性能和倍率性能的方法，在钛酸锂电池的电解液中添加包括稳定剂和气体消除剂的添加剂，所述稳定剂为含氟类、腈类和砜类有机化合物的一种或几种；钛酸锂电池的化成过程中，控制温度为-10～60℃，采用1～6次循环，化成充电采用3～6段先小后大的阶梯电流，电流区间为0.02C～1C，各阶段充电时间为1～4小时，上限电压为1.9～3.2V，所述含氟类、腈类和砜类有机化合物为氟化环状碳酸酯、氟化链状碳酸酯、全氟辛酸铵、丁二氰、笨砜；所述添加剂的加入量为电解液的0.5～2.0wt%；所述化成温度为5～60℃，上限电压为2.0～2.8V。该方法适用于正极材料包括磷酸铁锂、锰酸锂、三元材料及锰酸锂掺杂三元材料中的一种或几种、负极材料钛酸锂为表面不包覆碳或包覆碳材料制作的锂电池。上述专利虽然在一定程度上提高了锂电池电解液的循环性能，但并未从根本上解决电解液循环性能的问题，只有对锂硫电池中硫正极的溶解和穿梭效应的控制才能从根本上提高锂电池电解液的循环性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有锂硫电池中硫正极的溶解和多硫化锂的穿梭效应引起可逆容量下降的问题，提出一种提高锂硫电池循环性能的电解液。本专利技术涉及的具体技术方案如下：一种提高锂硫电池循环性能的电解液，该电解液包括以下摩尔组份：锂盐电解液100-200份；苏丹红0.01-10份；三甲基氧化磷0.02-20份；二甲苯10-20份；二氧戊环100份。进一步的，所述锂盐电解液浓度为0.5-2mol/L。所述锂盐包括二氟甲基磺酰锂、三氟甲基磺酰锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、二异丙基胺基锂中的一种或多种的组合。进一步的，所述电解液制备过程中首先向锂盐电解液中加入二甲苯、二氧戊环，然后加入三甲基氧化磷和苏丹红，使锂离子与苏丹红的偶氮结构在THPO辅助下发生螯合反应。进一步的，所述三甲基氧化磷干燥后送入高温室进行升温，待其表面温度达到100℃以上时立刻投入电解液中，同时投入苏丹红。升温后的三甲基氧化磷在加入电解液以后可以快速形成游离的分子状，有利于促进锂离子与添加剂形成螯合相，使硫离子更难锂离子相互结合，抑制多硫化锂向负极的穿梭效应，提高电池的可逆容量。进一步的，所述二甲苯和二氧戊环以结冰状态下投入到电解液中，然后对电解液持续升温，直至温度达到60℃。采用凝固状态下的二甲苯和二氧戊环投入电解液的目的是通过减小二甲苯和二氧戊环的密度，使其漂浮于电解液的表面，此时加入的苏丹红也恰好由表面进入，有利于苏丹红的溶解，即在苏丹红加入的一瞬间即溶解在形成的电解液中。进一步的，所述点解液升温方式采用投入高温沸石的方式，使得升温由内至外开始。采用高温沸石内部升温，可以避免容器率先升温，导致电解液温度不平衡，使得靠近容器壁的电解液升温快，二容器中央的电解液则升温慢，使得离子迅速向高温容器壁靠拢，不利于锂离子和添加剂的螯合反应，因此本方案采用投入沸石的方式从点解的内部开始升温，可以有效避免上述现象的发生。进一步的，所述高温沸石的温度不低于120℃，之所以采用超高温的沸石进行投入，其目的是在投入的时沸石的高温使得沸石接触或周边的水迅速升温达到沸腾，避免游离状态下的例子因为沸石的高温直接吸附在沸石表面，而采用超高温使电解液迅速沸腾产生大量气泡和旋流，从而使得离子不能靠近沸石，有理由螯合反应的进行。传统锂硫电池在充放电过程中会出现大量的多硫化锂中间相，在电解液中具有较高的溶解度，极易穿过隔膜向负极迁移并与负极的金属锂发生反应形成不溶的Li2S，消耗正极硫含量的同时对负极锂金属的腐蚀较为严重。因此本专利技术从控制锂硫电池中硫正极的溶解和穿梭效应出发，对电解液进行改性处理，从而提高电解液的循环性能，对此本专利技术在电解液中加入三甲基氧化磷和苏丹红，苏丹红类物质含有氮氮双键（偶氮基），即结构式中的-N=N-，与连接在其两端的苯环一起构成发色基团。其溶解性:不溶于水，微溶于乙醇，易溶于油脂、矿物油、丙酮和苯。乙醇溶液呈紫红色，在浓硫酸中呈品红色，稀释后成橙色沉淀。鉴于该溶解特性，因此首先向电解液中加入二甲苯、二氧戊环，将点解液的环境制造成有机溶液，使得苏丹红可以溶解在该混合溶液中，在形成的混合溶液中存在大量的锂离子和偶氮基以及三甲基氧化磷分子的两个CH3基团、和高价氮基，从而形成辅助基团，促进锂离子与添加剂形成螯合相，使硫离子更难锂离子相互结合，抑制多硫化锂向负极的穿梭效应，提高电池的可逆容量本专利技术与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：本专利技术通过锂离子与添加剂形成螯合相，使硫离子更难锂离子相互结合，抑制多硫化锂向负极的穿梭效应，提高电池的可逆容量。具体实施方式以下通过具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明，但不应将此理解为本专利技术的范围仅限于以下的实例。在不脱离本专利技术上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本专利技术的范围内。实施例1一种提高锂硫电池循环性能的电解液，该电解液包括以下摩尔组份：锂盐电解液100份、苏丹红0.01份、三甲基氧化磷0.02份、二甲苯10份、二氧戊环100份。其中，锂盐为二氟甲基磺酰锂，所述锂盐电解液浓度为0.5mol/L。制备点解液时，首先向锂盐电解液中加入结冰状态的二甲苯、二氧戊环，然后加入三甲基氧化磷和苏丹红，并向电解液中投入温度为120℃的沸石对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高锂硫电池循环性能的电解液，其特征在于：该电解液包括以下摩尔组份：锂盐电解液100‑200份；苏丹红0.01‑10份；三甲基氧化磷0.02‑20份；二甲苯10‑20份；二氧戊环100份。

【技术特征摘要】
1.一种提高锂硫电池循环性能的电解液，其特征在于：该电解液包括以下摩尔组份：锂盐电解液100-200份；苏丹红0.01-10份；三甲基氧化磷0.02-20份；二甲苯10-20份；二氧戊环100份。2.根据权利要求1所述一种提高锂硫电池循环性能的电解液，其特征在于：所述锂盐电解液浓度为0.5-2mol/L；所述锂盐包括二氟甲基磺酰锂、三氟甲基磺酰锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、二异丙基胺基锂中的一种或多种的组合。3.根据权利要求1所述一种提高锂硫电池循环性能的电解液，其特征在于：所述电解液制备过程中首先向锂盐电解液中加入二甲苯、二氧戊环，然后加入三甲基氧化磷和苏丹红，使锂离子与苏丹红的偶氮结构在三...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆，廖健淞，
申请(专利权)人：成都新柯力化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51