【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请要求于2022年4月28日提交的韩国专利申请第10-2022-0052496号的优先权权益，所述专利申请的全部内容作为本说明书的一部分并入本文中。本专利技术涉及一种具有高能量密度的锂硫电池，所述锂硫电池能够利用硫的理论放电容量的80％以上并实现优异的寿命性能，更具体地，涉及一种具有高能量密度的锂硫电池，所述锂硫电池即使在使用sse(微溶剂化电解质)电解质体系(放电容量：～1,600mah/gs)而不是现有的正极电解质类电解质体系(放电容量：～1,200mah/gs)的同时，也能够通过不使用腈类溶剂而利用硫的理论放电容量(1,675mah/g)的80％以上，并且还通过一起使用比表面积高的正极碳材料来实现优异的寿命性能。
技术介绍
1、随着人们对能量储存技术的兴趣日益增加，因为所述技术的应用从移动电话、平板电脑、笔记本电脑和摄像机的能源甚至扩展到电动车辆(ev)和混合动力电动车辆(hev)的能源，所以对电化学装置的研究和开发正在逐渐增加。电化学装置领域是这方面最受关注的领域。其中，能够充电/放电的二次电池诸如锂硫电池的开发成为了关注的焦点。近年来，在开发这些电池时，为了改善容量密度和比能量，已经对新型电极和电池的设计进行了研究和开发。
2、在这些电化学装置中，锂硫电池(li-s电池)具有高能量密度(理论容量)，由此作为能够代替锂离子电池的下一代二次电池而备受关注。在这种锂硫电池中，在放电期间发生硫的还原反应和锂金属的氧化反应。在这种情况下，硫从具有环状结构的s8形成具有线性结构的多硫化锂(lips)。这种锂硫电池的
3、然而，锂硫电池商业化的最大障碍是寿命，在充电/放电过程期间，充电/放电效率降低并且电池的寿命劣化。锂硫电池的寿命劣化存在各种原因，例如电解质的副反应(副产物随着电解质分解而沉积)、锂金属的不稳定性(在锂负极上生长枝晶，引起短路)以及副产物从正极沉积(多硫化锂从正极溶出)。
4、即，在使用硫类化合物作为正极活性材料并使用诸如锂的碱金属作为负极活性材料的电池中，在充电/放电期间发生多硫化锂的溶出和穿梭现象，并且多硫化锂转移到负极，降低锂硫电池的容量，结果，存在的主要问题在于，锂硫电池的寿命缩短并且反应性降低。即，因为从正极溶出的多硫化物在有机电解液中的溶解度高，所以可能发生通过电解质朝向负极的不期望的移动(ps穿梭)，结果发生如下情况，由于正极活性材料的不可逆损失引起容量下降，并且由于因副反应而使硫粒子沉积在锂金属的表面上，所以电池的寿命缩短。
5、另一方面，这种锂硫电池的行为能够根据电解质的不同而变化很大。将当正极中的硫以多硫化锂(lips)的形式溶出到电解质中时的电解质称为正极电解质，并且将当硫几乎不会以多硫化锂的形式溶出时的电解质称为微溶剂化电解质(sse)。因为利用现有正极电解质体系的锂硫电池通过生成li2sx形式(正极电解质型)的中间产物(中间多硫化物)而依赖于液相反应，所以存在的问题在于，它没有充分利用硫的高理论放电容量(1,675mah/g)，相反，通过由于多硫化物的溶出引起的电池劣化而使得电池的寿命急剧缩短。
6、另一方面，最近已经开发了一种能够抑制多硫化物溶出的微溶剂化电解质(sse)类电解质体系，由此能够利用硫的理论放电容量的90％以上，但存在的问题在于，由于正极中的硫含量不断降低的现象而使得电池的寿命缩短。此外，因为大多数sse电解质体系依赖于腈类溶剂，所以在电池的使用寿命方面存在致命的缺点，例如通过与锂负极反应而引起锂负极的劣化并且在锂硫电池内部产生气体。
7、因此，本行业正在对其中作为正极活性材料的硫不溶出到电解质中的锂硫电池进行各种研究(对在正极复合材料中添加lips吸附材料或对现有由pe制成的隔膜进行改性的研究等)，特别是正在对其中硫能够进行固-固反应以转化为最终放电产物li2s的电解液进行研究，但目前还没有取得显著成果。因此，需要开发一种创新型电池，所述电池即使在使用sse电解质体系的同时，也因为正极中硫的含量高于现有正极中硫的含量，所以具有优异的寿命性能，并且不会使锂负极劣化或在电池内部产生气体，并且具有高能量密度(※高能量密度是指约400wh/kg以上或600wh/l以上，为了构建这一点，需要在4.0mah/cm2以上和60％以下的孔隙率下也能够运行的电解质和正极活性材料体系)。
技术实现思路
1、技术问题
2、因此，本专利技术的一个目的是提供一种具有高能量密度的锂硫电池，所述锂硫电池即使在使用sse(微溶剂化电解质)电解质体系(放电容量：～1,600mah/gs)而不是现有的正极电解质类电解质体系(放电容量：～1,200mah/gs)的同时，也能够通过不使用腈类溶剂而利用硫的理论放电容量(1,675mah/g)的80％以上，并且还能够通过一起使用比表面积高的正极碳材料来实现优异的使用寿命性能。
3、技术方案
4、为了实现上述目的，本专利技术提供一种锂硫电池，所述锂硫电池包含：电解质，所述电解质包含含有含氟醚化合物的第一溶剂、含有二醇二醚类化合物的第二溶剂和锂盐；以及正极，所述正极含有硫和碳材料作为活性材料，其中，碳材料包含平均孔尺寸不同的两种以上类型的碳材料。
5、有益效果
6、根据本专利技术的具有高能量密度的锂硫电池，其优点在于，即使在使用sse(微溶剂化电解质)电解质体系(放电容量：～1,600mah/gs)而不是现有的正极电解质类电解质体系(放电容量：～1,200mah/gs)的同时，也通过不使用腈类溶剂而利用硫的理论放电容量(1,675mah/g)的80％以上，并且还通过一起使用比表面积高的正极碳材料来实现优异的使用寿命性能。此外，根据本专利技术的具有高能量密度的锂硫电池配备有即使在4.0mah/cm2以上和60％以下的孔隙率下也能够运行的电解质和正极活性材料体系，由此具有保持约400wh/kg以上或600wh/l以上的高能量密度的优点。
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1.一种锂硫电池，所述锂硫电池包含：
2.根据权利要求1所述的锂硫电池，其中，所述碳材料包含平均孔尺寸小于2nm的第一碳材料和平均孔尺寸为2nm以上的第二碳材料。
3.根据权利要求1所述的锂硫电池，其中，所述碳材料包含平均孔尺寸为0.01nm至1.50nm的第一碳材料和平均孔尺寸为2nm至20nm的第二碳材料。
4.根据权利要求2所述的锂硫电池，其中，所述第一碳材料为平均孔尺寸小于2nm的活性炭。
5.根据权利要求2所述的锂硫电池，其中，所述第二碳材料选自平均孔尺寸为2nm以上的还原型氧化石墨烯、炭黑、碳纳米管、石墨、石墨烯和碳纤维。
6.根据权利要求2所述的锂硫电池，其中，所述第一碳材料与所述第二碳材料的重量含量比为80至99：20至1。
7.根据权利要求1所述的锂硫电池，其中，所述正极中所含的硫的利用率为理论放电容量的80％以上。
8.根据权利要求1所述的锂硫电池，其中，所述正极中所含的所述正极活性材料包含硫-碳复合材料。
9.根据权利要求1所述的锂硫电池，其中，基于所述正极的总重
10.根据权利要求1所述的锂硫电池，其中，所述电解质不含腈类溶剂。
11.根据权利要求1所述的锂硫电池，其中，所述锂盐、所述第二溶剂与所述第一溶剂的摩尔比为1：0.5至3：4.1至15。
12.根据权利要求1所述的锂硫电池，其中，所述正极中所含的硫的利用率为理论放电容量的90％至100％。
13.根据权利要求1所述的锂硫电池，其中，所述锂硫电池的能量密度为400Wh/kg以上或600Wh/L以上。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种锂硫电池，所述锂硫电池包含：
2.根据权利要求1所述的锂硫电池，其中，所述碳材料包含平均孔尺寸小于2nm的第一碳材料和平均孔尺寸为2nm以上的第二碳材料。
3.根据权利要求1所述的锂硫电池，其中，所述碳材料包含平均孔尺寸为0.01nm至1.50nm的第一碳材料和平均孔尺寸为2nm至20nm的第二碳材料。
4.根据权利要求2所述的锂硫电池，其中，所述第一碳材料为平均孔尺寸小于2nm的活性炭。
5.根据权利要求2所述的锂硫电池，其中，所述第二碳材料选自平均孔尺寸为2nm以上的还原型氧化石墨烯、炭黑、碳纳米管、石墨、石墨烯和碳纤维。
6.根据权利要求2所述的锂硫电池，其中，所述第一碳材料与所述第二碳材料的重量含量比为80至99：20至1。
7.根据权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：朴寅台，金容辉，崔兰，李昌勋，李炫受，宋明俊，朴晟孝，
申请(专利权)人：株式会社LG新能源，
类型：发明
国别省市：
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