含氟代酮类添加剂的锂硫电池电解液及锂硫电池制造技术

本发明专利技术提供一种含氟代酮类添加剂的锂硫电池电解液及其构成的锂硫电池，该电解液包含锂盐、醚类溶剂，并以特定种类的氟代酮类化合物作为添加剂。本发明专利技术电解液通过极少量添加特定种类的氟代酮类化合物即可显著提升锂硫电池的性能，并可以节省制备成本。并可以节省制备成本。并可以节省制备成本。

【技术实现步骤摘要】
含氟代酮类添加剂的锂硫电池电解液及锂硫电池


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种含氟代酮类添加剂的锂硫电池电解液及其构成的锂硫电池。

技术介绍

[0002]随着便携式电子产品、电动汽车、规模化储能的快速发展，人们对电池能量密度的要求越来越高。目前，基于嵌入式电极的传统锂离子电池体系(如LiMnO2、LiFePO4、LiCoO2)已无法满足对高能量密度的发展需求。在新一代储能电池体系中，基于多电子转化反应和轻元素的锂硫(Li
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S)电池具有理论能量密度高(2600Wh/kg)、硫资源丰富等优点，被认为是最具潜力的新型电池系统之一。
[0003]但是，硫正极侧具有较慢的氧化还原动力学，锂负极侧容易出现不均匀的锂沉积和锂枝晶生长等问题，极大地限制了高性能Li
‑
S电池的发展。
[0004]目前，通过硫正极材料的纳米结构设计、锂金属的三维集流体、合金型负极设计等手段均可以一定程度上提升锂硫电池的性能。然而，这些方法均涉及复杂的制备方法，耗时长，会显著增加锂硫电池的制造成本。

技术实现思路

[0005]基于此，有必要提供一种含氟代酮类添加剂的锂硫电池电解液及其构成的锂硫电池，可以促进提升硫利用率，抑制锂负极锂枝晶生长，有效提升锂硫电池的性能。
[0006]本专利技术采用如下技术方案：
[0007]本专利技术提供一种氟代酮类化合物作为锂硫电池电解液添加剂的应用。
[0008]优选地，所述氟代酮类化合物选自1,4/>‑
二氟蒽醌、氟茚二酮、氟代丙酮、氟代三唑啉酮中的至少一种。所述氟代酮类化合物在电解液中的摩尔质量为5mM～100mM。
[0009]本专利技术提供一种含氟代酮类添加剂的锂硫电池电解液，包含锂盐、醚类溶剂和添加剂，所述添加剂包括上述氟代酮类化合物。
[0010]优选地，锂盐选自双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)，醚类溶剂选自1,3
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二氧戊环(DOL)和乙二醇二甲醚(DME)的混合物。
[0011]本专利技术提供一种锂硫电池，包括硫正极、锂负极、隔膜以及上述含氟代酮类添加剂的锂硫电池电解液。
[0012]在其中一些实施例中，硫正极的材料包括硫化聚丙烯腈或者碳硫材料、粘结剂和导电剂，导电剂选自导电石墨、科琴黑、乙炔黑和导电碳黑(SuperP)中的一种或多种。
[0013]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0014]本专利技术首次提出直接以氟代酮类化合物作为锂硫电池电解液添加剂，可以大幅度提升含硫正极、锂负极的锂硫电池的电池性能，具体体现在：
[0015]1)极少量的氟代酮类化合物作为电解液添加剂，即可加速硫的氧化还原动力学和提高电池性能。
[0016]2)氟代酮类化合物自身具有电化学活性，可以贡献容量，进一步提高电池放电容量。
[0017]3)氟代酮类化合物可以在充放电过程中形成富LiF的有机无机复合固态电解质层(SEI)，从而保护锂金属负极，有助于锂均匀沉积，并抑制锂枝晶生长。
[0018]因此，本专利技术通过高效、低成本、操作简便的方式大幅提升硫正极动力学和保护锂金属负极，有效提升锂硫电池的性能。
附图说明
[0019]图1为锂硫电池G1、C2在电流密度为0.5C下的循环性能测试结构图。
[0020]图2为锂硫电池G1、C2的倍率性能测试结构图。
[0021]图3为锂硫电池在电流密度为0.5C下循环200圈后的锂负极SEM图，其中，a对应锂硫电池G1，b对应锂硫电池C2。
具体实施方式
[0022]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明，以使本领域的技术人员更加清楚地理解本专利技术。
[0023]以下各实施例，仅用于说明本专利技术，但不止用来限制本专利技术的范围。基于本专利技术中的具体实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的情况下，所获得的其他所有实施例，都属于本专利技术的保护范围。
[0024]在本专利技术实施例中，若无特殊说明，所有原料组分均为本领域技术人员熟知的市售产品；在本专利技术实施例中，若未具体指明，所用的技术手段均为本领域技术人员所熟知的常规手段。
[0025]实施例1
[0026]本实施例提供一种锂硫电池电解液，包括1mol/L的双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)、13mM/L的1,4
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二氟蒽醌以及占电解液2wt％的LiNO3，溶剂为体积比1:1的1,3
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二氧戊环(DOL)和乙二醇二甲醚(DME)组成的醚类溶剂。
[0027]其配制方法步骤为：将1mol的双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)溶解于1L、体积比为1:1的1,3
‑
二氧戊环(DOL)和乙二醇二甲醚(DME)混合溶剂中，并加入LiNO3，充分搅拌后得到空白醚类电解液。取一定上述空白醚类电解液，加入摩尔质量为13mM的1,4
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二氟蒽醌，充分搅拌混匀，命名为电解液S1。
[0028]本实施例还提供一种锂硫电池，其制备方法包括如下步骤：
[0029]S1，制备硫化聚丙烯腈正极极片：
[0030]将质量比为3:1的硫粉与聚丙烯腈研磨均匀，在高温管式炉中，氩气气氛下，低温80℃保温1h，再置于300℃下反应2.5h得到硫化聚丙烯腈(SPAN)材料。
[0031]将硫化聚丙烯腈材料与导电剂科琴黑(KB)、粘结剂按照8:1:1的质量比混合均匀，其中粘结剂为质量比1:1的羧甲基纤维素钠(CMC)和丁苯橡胶(SBR)，以水为溶剂，在高速分散机上制备出正极浆料，采用涂布机将正极浆料涂覆在涂碳铝箔集流体上并固定在平整的玻璃板上，真空干燥箱中干燥，冲压后得到硫化聚丙烯腈正极极片，面积载硫量在1mg cm
‑2左右。
[0032]S2，组装电池：
[0033]将步骤S1制备的硫化聚丙烯腈正极极片作为正极，将400μm后的锂片作为负极，商用聚丙烯为隔膜，加入本实施例制备的锂硫电池电解液，在手套箱中组装成2032纽扣电池，记为锂硫电池C1。
[0034]实施例2
[0035]本实施例提供一种锂硫电池电解液(命名为电解液S2)，其组成与实施例1基本相同，区别仅在于：1,4
‑
二氟蒽醌的含量为25mM。
[0036]本实施例还提供一种锂硫电池，其组装方法与实施例1相同，命名为锂硫电池C2。
[0037]实施例3
[0038]本实施例提供一种锂硫电池电解液(命名为电解液S3)，其组成与实施例1基本相同，区别仅在于：1,4
‑
二氟蒽醌的含量为40mM。
[0039]本实施例还提供一种锂硫电池，其组装方法与实施例1相同，命名为锂硫电池C3。
[0040]实施例4
[0041]本实施例提供一种锂硫电池电解液(命名为电解液S4)，其组成与实施例1基本相同，区别仅在于：采用5mM的氟茚二酮替代13mM的1,4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.氟代酮类化合物作为锂硫电池电解液添加剂的应用，所述氟代酮类化合物选自1,4
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二氟蒽醌、氟茚二酮、氟代丙酮、氟代三唑啉酮中的至少一种。2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述氟代酮类化合物在电解液中的摩尔质量为5mM～100mM。3.一种含氟代酮类添加剂的锂硫电池电解液，其特征在于，包含锂盐、醚类溶剂和氟代酮类化合物；所述氟代酮类化合物选自1,4
‑
二氟蒽醌、氟茚二酮、氟代丙酮、氟代三唑啉酮中的至少一种。4.根据权利要求3所述的锂硫电池电解液，其特征在于，氟代酮类化合物在电解液中的摩尔质量为5mM～100mM。5.根据权利要求4所述的锂硫电池电解液，其特征在于，所述氟代酮类化合物至少选自1,4
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二氟蒽醌，在电解液中的摩尔质量为25mM；或者所述氟代酮类化合物至少选自氟茚二...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢佳，张薇，吴强，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：