一种锂硫电池电解液和锂硫电池制造技术

本发明专利技术涉及锂离子电池技术领域，尤其是涉及一种锂硫电池电解液和锂硫电池。本发明专利技术提供的锂硫电池电解液，包括亚胺盐、有机溶剂和稀释剂；所述亚胺盐包括含有三氟甲烷磺酰基团的化合物；所述有机溶剂包括含有S

【技术实现步骤摘要】
一种锂硫电池电解液和锂硫电池


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，尤其是涉及一种锂硫电池电解液和锂硫电池。

技术介绍

[0002]随着现代化生活水平的提高，越来越多的便携式电子产品、电动汽车等产品依赖于绿色能源等储能锂离子电池。为了提高锂离子电池的能量密度，从使用纯锂金属阳极来改善锂离子电池到完全切换电池化学成分，但是电池材料本身所能提供的能量存储量是有限的，仍然无法满足后续电动汽车和电子产品的持续发展需求。
[0003]锂硫电池因为储存量大、理论重量能量密度高和环境友好等优点脱颖而出。但是其面临着如下问题：1、锂金属是一种高度活性的化学物质，在使用过程中，其锂负极表面的不均匀的沉积导致的Li枝晶；2、多硫化物穿梭效应，循环过程中的可溶性聚硫化物的穿梭效应，导致活性物质损失较快，循环能力较差；3、在充电过程中的过电位；4、硫不导电，且充放电过程中体积变化较大。
[0004]锂硫电池由硫正极、锂金属阳极和电解液组成。硫正极因为硫是绝缘体且充放电过程中体积变化加大，所以一般在硫正极中引入导电优良的碳材料作为导电骨架。在碳/硫复合材料
‑
液态电解液
‑
锂金属体系电池充放电过程中，硫会经历比较复杂的多相电化学过程，第一步为“固转液”，单质硫转化为可溶解于电解液的高价态的多硫离子(S
n2
‑
，6≤n≤8)；第二步为“液转固”，S
n2
‑
(6≤n≤8)会进一步还原为不溶的低价态S
42
‑
>(Li2S4)；这两步对应第一个放电平台，约占放电容量的25％。第三步“固转固”，对应第二个放电平台，S4‑
最终还原为S2‑
，形成Li2S，约占放电容量的75％。但是此步骤因为不溶Li2S4和Li2S2的减少、反应较慢导致剩余容量不能完全转换，最终导致容量的快速衰减。
[0005]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术的第一目的在于提供一种锂硫电池电解液，通过采用含有S
‑
S键的化合物作为共溶剂，含有缩醛基团和三氟甲基的化合物作为弱配位稀释剂，提高了电解液的溶硫能力和锂盐阴离子的配位能力，从而提高了电池CE和电压。
[0007]本专利技术的第二目的在于提供一种锂硫电池，具有高能量密度、高容量保持率、高库伦效率、循环性能稳定和安全性能好等优点。
[0008]为了实现本专利技术的上述目的，采用以下技术方案：
[0009]本专利技术提供了一种锂硫电池电解液，包括亚胺盐、有机溶剂和稀释剂；
[0010]所述亚胺盐包括含有三氟甲烷磺酰基团的化合物；
[0011]所述有机溶剂包括含有S
‑
S键的化合物；
[0012]所述稀释剂包括含有缩醛基团和三氟甲基的化合物。
[0013]进一步地，所述锂硫电池电解液还包括锂盐。
[0014]优选地，所述有机溶剂还包括磷酸酯类化合物、醚类化合物、砜类化合物和腈类化
合物中的至少一种。
[0015]进一步地，所述含有S
‑
S键的化合物的结构通式为C
n1
H
(2
×
n1+1)
‑
S
n
‑
C
n2
H
(2
×
n2+1)
；式中，n为≥2的整数；n1和n2各自独立地为≥1的整数。
[0016]进一步地，所述稀释剂的结构通式为R1OCH2OR2；式中，R1和R2中含有至少一个CF3。
[0017]进一步地，所述亚胺盐中的阳离子包括金属阳离子、咪唑盐类阳离子、季胺盐类阳离子、吡啶盐类阳离子、吡咯盐类阳离子和季膦盐类阳离子中的至少一种。
[0018]进一步地，所述锂盐包括六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、二草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双乙二酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、三氟甲磺酸锂、三氟乙酸锂、二氟乙酸锂、双(九氟丁基磺酰基)亚胺锂、双(五氟乙基磺酰基)亚氨基锂、偏磷酸锂、碘酸锂、双乙二酸硼酸锂、六氟硅酸锂、镁酸三正丁基锂、六氟锑酸锂、双(九氟丁基磺酰基)亚胺锂、六氟锡酸锂、乙二胺四乙酸二锂盐、六氟砷酸锂、二丁基(异丙基)镁锂、2,2
‑
二正丙基乙酸锂、磺基丙酮酸二锂盐、1,1,2,2,3,3
‑
六氟丙烷
‑
1,3
‑
二磺酰亚胺锂和四苯硼酸三(1,2
‑
二甲氧基乙基)锂中的至少一种。
[0019]进一步地，所述锂硫电池电解液中，所述亚胺盐和所述锂盐的总浓度为0.5～3mol/L。
[0020]进一步地，所述亚胺盐和所述锂盐的摩尔比为(1～100)：1，或者，所述亚胺盐和所述锂盐的摩尔比为1：(1～2)。
[0021]进一步地，所述有机溶剂与所述稀释剂的体积比为1：(1～10)；
[0022]所述有机溶剂中，所述含有S
‑
S键的化合物的体积百分数为5％～95％。
[0023]本专利技术还提供了一种锂硫电池，包括如上所述的锂硫电池电解液。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0025]本专利技术的锂硫电池电解液，通过采用含有S
‑
S键的化合物作为共溶剂，含有缩醛基团和三氟甲基的化合物作为弱配位稀释剂，提高了电解液的溶硫能力和锂盐阴离子的配位能力；并与含有三氟甲烷磺酰基团的亚胺盐等其他组分相配合，提高了锂硫电池电解液的性能。
[0026]本专利技术的锂硫电池电解液应用于锂硫电池中，有利于提高电池的能量密度、容量保持率、库伦效率和循环性能，有效抑制锂枝晶的生长，促进锂离子的扩散；制得的锂硫电池的第50圈容量保持率可以达到98％以上，库伦效率可以达到99％以上。
具体实施方式
[0027]下面将结合具体实施方式对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0028]下面对本专利技术实施例的一种锂硫电池电解液和锂硫电池进行具体说明。
[0029]在本专利技术的一些实施方式中提供了一种锂硫电池电解液，包括亚胺盐、有机溶剂和稀释剂；
[0030]亚胺盐包括含有三氟甲烷磺酰基团的化合物；
[0031]有机溶剂包括含有S
‑
S键的化合物；
[0032]稀释剂包括含有缩醛基团和三氟甲基的化合物。
[0033]锂硫电池电解液一般在如何抑制多硫化物溶解方面做出改善，很少在电解液如何溶解更多本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂硫电池电解液，其特征在于，包括亚胺盐、有机溶剂和稀释剂；所述亚胺盐包括含有三氟甲烷磺酰基团的化合物；所述有机溶剂包括含有S
‑
S键的化合物；所述稀释剂包括含有缩醛基团和三氟甲基的化合物。2.根据权利要求1所述的锂硫电池电解液，其特征在于，所述锂硫电池电解液还包括锂盐；优选地，所述有机溶剂还包括磷酸酯类化合物、醚类化合物、砜类化合物和腈类化合物中的至少一种。3.根据权利要求1所述的锂硫电池电解液，其特征在于，所述含有S
‑
S键的化合物的结构通式为C
n1
H
(2
×
n1+1)
‑
S
n
‑
C
n2
H
(2
×
n2+1)
；式中，n为≥2的整数；n1和n2各自独立地为≥1的整数。4.根据权利要求1所述的锂硫电池电解液，其特征在于，所述稀释剂的结构通式为R1OCH2OR2；式中，R1和R2中含有至少一个CF3。5.根据权利要求1所述的锂硫电池电解液，其特征在于，所述亚胺盐中的阳离子包括金属阳离子、咪唑盐类阳离子、季胺盐类阳离子、吡啶盐类阳离子、吡咯盐类阳离子和季膦盐类阳离子中的至少一种。6.根据权利要求2所述的锂硫电池电解液，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱甜，刘永飞，苗力孝，李云明，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技无锡有限公司，
类型：发明
国别省市：