一种高比能锂硫电池电解液及其制备方法与应用

本发明属于高比能锂电池相关，更具体地，涉及一种高比能锂硫电池电解液及其制备方法与应用。

背景技术：

1、近几年，锂离子电池的发展受到了广泛关注，其在手机数码领域、电动交通工具、储能等方面发展迅猛。然而传统的锂离子电池所使用的电极材料理论比容量较低，使得电池整体理论能量密度受限，无法满足人们对于高比能高续航电池的需求。锂硫电池是锂电池的一种，其材料理论比容量和电池理论比能量较高，分别达到1672mah g-1和2600wh kg-1，因此，锂硫电池凭借其高容量、价格低廉、环境友好等优势而广受关注。

2、然而锂硫电池的实际应用仍受到阻碍。由于硫单质导电性差，正极材料的制备过程中往往需要添加大量导电炭，这既降低了正极中活性物质的比例，又高载量硫正极的实际性能。在放电过程中，中间产物多硫化物大量溶解于电解液，使得电池组装过程中需加以大量电解液以使得电池正常工作。这严重降低了锂硫电池的实际能量密度，限制了锂硫电池的实际应用。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种高比能锂硫电池电解液及其制备方法与应用，该电解液使得对应的锂硫电池可以在高正极载量以及低电解液添加量的条件下，在较大的温度范围下稳定工作，克服了锂硫电池能量密度低的问题。

2、为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种高比能锂硫电池电解液，所述电解液包括锂盐、非水有机溶剂、添加剂及稀释剂；所述锂盐在所述电解液中的浓度为2～5mol l-1；

3、所述添加剂包括酯类与含硫化合物，其质量百分含量为0.5wt％～10wt％。

4、进一步地，酯类添加剂选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸亚乙烯酯和氟代碳酸乙烯酯中的一种或多种。

5、进一步地，含硫化合物添加剂选自氯化亚砜、亚硫酸乙烯酯、1,3-丙烷磺酸内酯、二甲基二硫醚中的一种或多种；所述酯类添加剂质量浓度与所述含硫化合物添加剂质量浓度之比为(1～5)；(3～8)。

6、进一步地，所述稀释剂选自1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚、1,1,2,2-四氟乙基乙基醚、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,2-三氟乙基醚、三氟乙基六氟丙基醚、六氟丙基甲醚或甲基九氟丁醚中的一种或多种；所述稀释剂占电解液总体积的30％～60％。

7、进一步地，所述锂盐选自双(氟磺酰)亚胺锂、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂、双(五氟乙基磺酰)亚胺锂、三氟甲基磺酸锂、二氟草酸硼酸锂，双草酸锂中的一种或多种。

8、进一步地，所述非水有机溶剂选自1,3-二氧戊环、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、乙腈、环丁砜中的一种或多种。

9、本发明还提供了一种高比能锂硫电池电解液的制备方法，所述制备方法用于制备如上所述的高比能锂硫电池电解液。

10、本发明还提供了一种如上所述的高比能锂硫电池电解液在高比能锂硫电池中的应用。

11、进一步地，所述电解液与硫单质的添加比为(0.5-3.5)ml:1g。

12、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的高比能锂硫电池电解液及其制备方法与应用主要具有以下有益效果：

13、1.稀释剂的加入改善了电解液的离子电导率，两种添加剂可以有效抑制放电过程中多硫化物的溶解，并提高负极的稳定性，减少了电解液不必要的消耗以及活性物质的不可逆损失。

14、2.使得正极的容量可以最大表现，包含该电解液的高比能锂硫电池，解决了锂硫电池高电解液添加量、低活性物质利用率以及严重自放电的问题，可以在正极高载量与低电解液添加量的条件下，在10℃～80℃的工作温度中平稳工作，能量密度可达到600-1200wh kg-1。

15、3.所述制备方法简单，易于实施，有利于推广应用。

技术特征：

1.一种高比能锂硫电池电解液，其特征在于：

2.如权利要求1所述的高比能锂硫电池电解液，其特征在于：酯类添加剂选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸亚乙烯酯和氟代碳酸乙烯酯中的一种或多种。

3.如权利要求2所述的高比能锂硫电池电解液，其特征在于：含硫化合物添加剂选自氯化亚砜、亚硫酸乙烯酯、1,3-丙烷磺酸内酯、二甲基二硫醚中的一种或多种；所述酯类添加剂质量浓度与所述含硫化合物添加剂质量浓度之比为(1～5)；(3～8)。

4.如权利要求1所述的高比能锂硫电池电解液，其特征在于：所述稀释剂选自1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚、1,1,2,2-四氟乙基乙基醚、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,2-三氟乙基醚、三氟乙基六氟丙基醚、六氟丙基甲醚或甲基九氟丁醚中的一种或多种；所述稀释剂占电解液总体积的30％～60％。

5.如权利要求1所述的高比能锂硫电池电解液，其特征在于：所述锂盐选自双(氟磺酰)亚胺锂、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂、双(五氟乙基磺酰)亚胺锂、三氟甲基磺酸锂、二氟草酸硼酸锂，双草酸锂中的一种或多种。

6.如权利要求1所述的高比能锂硫电池电解液，其特征在于：所述非水有机溶剂选自1,3-二氧戊环、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、乙腈、环丁砜中的一种或多种。

7.一种高比能锂硫电池电解液的制备方法，其特征在于：所述制备方法用于制备权利要求1-6任一项所述的高比能锂硫电池电解液。

8.一种权利要求1-6任一项所述的高比能锂硫电池电解液在高比能锂硫电池中的应用。

9.如权利要求8所述的高比能锂硫电池电解液在高比能锂硫电池中的应用，其特征在于：所述电解液与硫单质的添加比为(0.5-3.5)ml:1g。

技术总结
本发明属于高比能锂电池相关技术领域，其公开了一种高比能锂硫电池电解液及其制备方法与应用，所述电解液包括锂盐、非水有机溶剂、添加剂及稀释剂；所述锂盐在所述电解液中的浓度为2～5mol L<supgt;‑1</supgt;；所述添加剂包括酯类与含硫化合物，其质量百分含量为0.5wt％～10wt％。稀释剂的加入改善了电解液的离子电导率，两种添加剂可以有效抑制放电过程中多硫化物的溶解，并提高负极的稳定性，减少了电解液不必要的消耗以及活性物质的不可逆损失；使得正极的容量可以最大表现，包含该电解液的高比能锂硫电池，解决了锂硫电池高电解液添加量、低活性物质利用率以及严重自放电的问题。

技术研发人员：伽龙,金晓宇,戚孝群
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11