一种含有机苄基分子添加剂的锂硫电池电解液及锂硫电池制造技术

本发明专利技术属于锂硫电池电解液领域，具体涉及一种含有机苄基分子添加剂的锂硫电池电解液及锂硫电池。本发明专利技术将有包含卤素的有机苄基分子作为一类电解质添加剂解决硫正极和锂负极的难题。通过系统的电化学测量和完整的表征，证明有机苄基分子对Li

【技术实现步骤摘要】
一种含有机苄基分子添加剂的锂硫电池电解液及锂硫电池


[0001]本专利技术属于锂硫电池电解液
，具体涉及一种含有机苄基分子添加剂的锂硫电池电解液及锂硫电池。

技术介绍

[0002]锂硫电池（Li
−
S）的理论能量密度高达2600 Wh kg
−1，被认为是下一代电池最有潜力的候选者。硫和锂的理论容量分别为1675 mAh g
−1和3680 mAh g
−1。此外，硫的低成本（每吨300美元）和无毒特性以及锂的低平衡电位（与标准氢电极相比为
−
3.04 V）进一步促进了Li
−
S电池的快速发展。然而，由于硫正极和锂负极的缺点，锂硫电池的商业化举步维艰。对于硫正极来说，硫的动力学缓慢导致转化不完全，容量和倍率性能低，同时硫正极的可溶性中间多硫化物（LiPSs）的穿梭也导致库伦效率低，稳定性差。对于锂负极来说，锂负极的界面不稳定性进一步降低其可逆性能并导致电解质消耗。
[0003]在过去的几年里，人们设计了许多策略来设计锂硫电池的硫正极和锂负极，以获得更高的电化学性能。为了减轻LiPSs的穿梭效应，将硫限制在各种底物中对硫进行物理限域和吸附是最常用的方法。而S8作为硫正极的初始物质，在放电过程中会经历几个步骤，包括S8到Li2S8、Li2S6、Li2S4、Li2S2和Li2S。其中，Li2S4到Li2S2/Li2S的转化动力学较为缓慢，属于液
−
固转化。这一步骤被认为是决速步骤，对顺利完成电化学过程至关重要。以往加速硫转化反应动力学方法主要集中在通过催化LiPSs整体的快速转化来提升电化学速率，缺乏对决速步骤的考虑。同时，这些策略不能同时解决锂负极问题。因此，有必要为硫氧化还原反应开辟新的途径，并提高锂负极的循环稳定性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供含有机苄基分子添加剂的锂硫电池电解液及锂硫电池。
[0005]本专利技术所采取的技术方案如下：一种含有机苄基分子添加剂的锂硫电池电解液，包括醚类溶剂、锂盐和电解液添加剂，所述电解液添加剂包括有包含卤素的有机苄基分子添加剂。
[0006]所述有机苄基分子添加剂为氯化苄（BzCl）、溴化苄（BzBr）、碘化苄（BzI）、1，2
−
二氯化苄（1，2
−
BzCl2）、1，3
−
二氯化苄（1，3
−
BzCl2）、1，4
−
二氯化苄（1，4
−
BzCl2）、1，2
−
二溴化苄（1，2
−
BzBr2）、1，3
−
二溴化苄（1，3
−
BzBr2）、1，4
−
二溴化苄（1，4
−
BzBr2）、1，2
−
二碘化苄（1，2
−
BzI2）、1，3
−
二碘化苄（1，3
−
BzI2）、1，4
−
二碘化苄（1，4
−
BzI2）、1，3，5
−
三(氯甲基)苯（1，3，5
−
BzCl3）、1，3，5
−
三(溴甲基)苯（1，3，5
−
BzBr3）、1，3，5
−
三(碘甲基)苯（1，3，5
−
BzI3）的至少一种。
[0007]其中，有机溶剂为DOL和DME，体积比为1：1。
[0008]其中，锂盐为双三氟甲烷磺酰亚胺锂、三氟甲基磺酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、硝酸锂中的至少一种。
[0009]一种锂硫电池，包括正极材料，负极材料，隔膜和上述的含有机苄基分子添加剂的锂硫电池电解液。
[0010]所述正极材料为负载有硫单质的碳纳米管复合材料。
[0011]硫负载量为0.8～6.12 mg cm
‑2。
[0012]本专利技术的有益效果如下：将苄基有机物作为一种电解质添加剂来解决硫正极和锂金属负极的难题。通过系统的电化学测量和完整的表征，证明苄基有机物对Li
−
S电池有两个方面的改善作用：1）Bz*自由基在电解质中形成，能与LiPSs结合，形成Bz
−
S
−
Bz中间体，通过改变硫的转化路径，从而加速硫物种的分裂与转化，改善了反应动力学；2）形成富含无机物的SEI，即卤化锂（例如LiCl）和Li2O，均匀地覆盖在锂负极表面，形成了稳定的界面相，提高了界面离子电导率，阻碍了溶剂和LiPSs的分解。
[0013]本专利技术的一个实施例提供的以BzCl为电解质添加剂的锂硫电池在2 C电流密度下的性能为787 mAh g
−1，在220次循环中保持75.8%的高容量。另一实施例测试了以1，4
−
BzCl2为电解质添加剂的锂硫电池的倍率性能，在2 C下保持839 mAh g
−1的容量。
[0014]该策略促进了硫的快速转化，改善了锂金属负极的界面化学性质，提升了锂硫电池商业化应用的潜能，同时，对苄基有机分子作为锂硫电池电解液添加剂的作用机理具有指导意义。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本专利技术的范畴。
[0016]图1为不含BzCl和含BzCl溶解在DOL/DME（1:1 vol%）中的Li2S8的7Li NMR谱图2中 BzCl在DOL中溶解的GC
−
MS图谱。
[0017]图3为本专利技术实施例1中使用含0、0.5、1.0和1.5 wt % BzCl 的电解液对应电池的倍率性能。
[0018]图4为本专利技术实施例1中使用不含BzCl和含BzCl的电池在0.2、0.5、1、2 C时的充放电曲线。
[0019]图5为本专利技术实施例1中含BzCl的电池在0.5 C下的长循环性能图6为本专利技术实施例1中硫质量负载为4.0 mg cm
−1的含BzCl的电池在0.1 C下的循环性能。
[0020]图7为本专利技术实施例1中，当扫描速率为0.1 mV s
−1时，不含BzCl和含BzCl的Li
−
S电池的循环伏安图；图8为本专利技术实施例1中（a）不含BzCl和（b）含BzCl电解液对应H型玻璃电池在不同放电电压下的对应照片。
[0021]图9为本专利技术实施例1中不含BzCl和含BzCl的电池放电至2.1 V时，电极拆开浸泡后得到溶液的UV
−
Vis测试。
[0022]图10为本专利技术实施例1中（a）不含BzCl和（b）含BzCl的电池在完全本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含有机苄基分子添加剂的锂硫电池电解液，其特征在于，包括醚类溶剂、锂盐和电解液添加剂，所述电解液添加剂包括有包含卤素的有机苄基分子添加剂。2.根据权利要求1所述的含有机苄基分子添加剂的锂硫电池电解液，其特征在于：所述有机苄基分子添加剂为氯化苄（BzCl）、溴化苄（BzBr）、碘化苄（BzI）、1，2
−
二氯化苄（1，2
−
BzCl2）、1，3
−
二氯化苄（1，3
−
BzCl2）、1，4
−
二氯化苄（1，4
−
BzCl2）、1，2
−
二溴化苄（1，2
−
BzBr2）、1，3
−
二溴化苄（1，3
−
BzBr2）、1，4
−
二溴化苄（1，4
−
BzBr2）、1，2
−
二碘化苄（1，2
−
BzI2）、1，3<...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖逵逵，刘雅慧，杨硕，蔡冬，聂华贵，杨植，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：