本發(fā)明屬于電池領(lǐng)域，具體涉及一種電解液及其制備方法和鋰硫電池。

背景技術(shù)：

1、鋰硫電池具有高的理論容量(1675ma?h?g-1)和能量密度(2600wh?kg-1)，而且具有天然豐度高、環(huán)保無毒、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，被認(rèn)為是下一代二次電池的理想選擇。

2、鋰硫電池是一種以硫作為正極材料，鋰金屬作為負(fù)極，使用傳統(tǒng)醚類乙二醇二甲基醚(dme)和1,3-二氧戊環(huán)(dol)作為電解液的鋰離子電池。然而，在傳統(tǒng)的醚基電解質(zhì)中硫陰極放電過程經(jīng)歷復(fù)雜的硫氧化還原反應(yīng)的化學(xué)和多相電化學(xué)過程，即“固-液-固”過程，產(chǎn)生高價(jià)中間產(chǎn)物多硫化鋰(li?ps)，這一過程受到多硫陰離子溶劑化結(jié)構(gòu)的強(qiáng)烈影響。由于傳統(tǒng)的醚基電解質(zhì)的溶劑化能力較強(qiáng)，這些中間產(chǎn)物li?ps在大多數(shù)有機(jī)液體電解質(zhì)中高度可溶。溶解的li?ps可以在陰極和陽極之間穿梭，會(huì)擴(kuò)散到鋰金屬表面，引起副反應(yīng)，進(jìn)一步加速鋰的腐蝕，最終導(dǎo)致硫利用率低、庫侖效率差、容量衰減快，循環(huán)穩(wěn)定性差。此外，由于固-固反應(yīng)固有的緩慢動(dòng)力學(xué)，不溶性中間體(li2s4和li2s2)的還原對鋰硫電池造成了很大的障礙，導(dǎo)致了顯著的容量縮減。

3、針對鋰硫電池的這些問題，已經(jīng)探索了各種解決方案來解決上述問題。但是，最大的挑戰(zhàn)之一是為鋰硫電池選擇合適的電解質(zhì)溶液和其中的li?ps溶劑化。電解質(zhì)改性是提高電池性能最方便、最有效的方法，電解質(zhì)作為硫正極和鋰負(fù)極之間的橋梁，不僅作為離子導(dǎo)體進(jìn)行質(zhì)量傳輸，而且還廣泛參與鋰和硫的轉(zhuǎn)化反應(yīng)，li?ps在各種電解質(zhì)溶劑中的不同溶解度對鋰硫電池的電化學(xué)行為有顯著影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，提供一種電解液及其制備方法和鋰硫電池。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

3、一種電解液，包括鋰鹽、溶劑以及添加劑；所述的添加劑包括含有高吸電子基團(tuán)、具有低路易斯堿度的磺胺類溶劑。

4、所述的含有高吸電子基團(tuán)、具有低路易斯堿度的磺胺類溶劑為n,n-二甲基三氟甲磺酰胺、n,n-二乙基三氟甲磺酰胺的一種或者混合。

5、所述的添加劑在電解液中的添加量為15-30％；優(yōu)選為25％。

6、所述的鋰鹽包括雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰、雙氟磺酰亞胺鋰鹽、三氟甲磺酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、二氟雙(草酸根)合磷酸鋰、二草酸硼酸鋰、六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、硝酸鋰、高氯酸鋰中的一種或至少兩種混合。

7、所述的鋰鹽為雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰和硝酸鋰的混合物；優(yōu)選的，雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰在電解液中的濃度為0.5mo?l/l-2mo?l/l，優(yōu)選為1mo?l/l；硝酸鋰在電解液中的質(zhì)量濃度為1-5％；優(yōu)選為2％。

8、所述的溶劑為醚類有機(jī)溶劑；優(yōu)選為1,3-二氧五環(huán)、1,4-二氧六環(huán)、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚和四乙二醇二甲醚中的一種或至少兩種混合。

9、所述的溶劑為1,3-二氧五環(huán)dol和乙二醇二甲醚dme的混合液；優(yōu)選的，其中1,3-二氧五環(huán)和乙二醇二甲醚的體積比為(0.5-1.5)：1；更優(yōu)選為1：1。

10、本發(fā)明還包括一種所述的電解液的制備方法，包括下述步驟：在手套箱中將溶劑與鋰鹽混合，然后加入添加劑，充分?jǐn)嚢杈鶆颍吹玫诫娊庖骸?/p>

11、本發(fā)明還包括一種鋰硫電池，包括所述的電解液。

12、所述的鋰硫電池，包括正極、負(fù)極、隔膜以及電解液；所述的隔膜為聚丙烯膜；所述的負(fù)極為鋰金屬；

13、優(yōu)選的，所述的正極采用下述方式制備：將硫、導(dǎo)電劑研磨混合，加入粘結(jié)劑，混合，再加入n-甲基吡咯烷酮?jiǎng)驖{，形成正極漿料；涂覆在涂碳鋁箔上，干燥得到；所述的導(dǎo)電劑為碳納米管；所述的粘結(jié)劑為pvdf；所述的硫、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑的質(zhì)量比為7：3：1。

14、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

15、本發(fā)明提供的電解液中含有添加劑，所述的添加劑包括含有高吸電子基團(tuán)、具有低路易斯堿度的磺胺類溶劑，利用其高電化學(xué)和熱穩(wěn)定性、強(qiáng)的非極性的性質(zhì)抑制li?ps的溶解，氟代磺酰胺中的氟原子具有較強(qiáng)的吸電子效應(yīng)，顯著降低了o原子的配位能力，從而使氟代磺酰胺與l?i?ps配位困難，可有效抑制l?i?ps在正負(fù)極間的穿梭，從而降低鋰硫電池負(fù)極側(cè)的l?i?ps的溶解度，阻礙l?i?ps和金屬鋰負(fù)極的接觸和反應(yīng)，延長電池的循環(huán)壽命。

技術(shù)特征：

1.一種電解液，其特征在于，包括鋰鹽、溶劑以及添加劑；所述的添加劑包括含有高吸電子基團(tuán)、具有低路易斯堿度的磺胺類溶劑。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，其特征在于，所述的含有高吸電子基團(tuán)、具有低路易斯堿度的磺胺類溶劑為n,n-二甲基三氟甲磺酰胺、n,n-二乙基三氟甲磺酰胺的一種或者混合。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，其特征在于，所述的添加劑在電解液中的添加量為15-30％；優(yōu)選為25％。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，其特征在于，所述的鋰鹽包括雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰、雙氟磺酰亞胺鋰鹽、三氟甲磺酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、二氟雙(草酸根)合磷酸鋰、二草酸硼酸鋰、六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、硝酸鋰、高氯酸鋰中的一種或至少兩種混合。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，其特征在于，所述的鋰鹽為雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰和硝酸鋰的混合物；優(yōu)選的，雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰在電解液中的濃度為0.5mol/l-2mol/l，優(yōu)選為1mol/l；硝酸鋰在電解液中的質(zhì)量濃度為1-5％；優(yōu)選為2％。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，其特征在于，所述的溶劑為醚類有機(jī)溶劑；優(yōu)選為1,3-二氧五環(huán)、1,4-二氧六環(huán)、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚和四乙二醇二甲醚中的一種或至少兩種混合。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，其特征在于，所述的溶劑為1,3-二氧五環(huán)dol和乙二醇二甲醚dme的混合液；優(yōu)選的，1,3-二氧五環(huán)和乙二醇二甲醚的體積比為(0.5-1.5)：1；更優(yōu)選為1：1。

8.一種權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的電解液的制備方法，其特征在于，包括下述步驟：在手套箱中將溶劑與鋰鹽混合，然后加入添加劑，充分?jǐn)嚢杈鶆?，即得到電解液?/p>

9.一種鋰硫電池，其特征在于，包括權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的電解液。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的鋰硫電池，其特征在于，包括正極、負(fù)極、隔膜以及電解液；所述的隔膜為聚丙烯膜；所述的負(fù)極為鋰金屬；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于電池領(lǐng)域，具體涉及一種電解液及其制備方法和鋰硫電池。電解液包括鋰鹽、溶劑以及添加劑；所述的添加劑包括含有高吸電子基團(tuán)、具有低路易斯堿度的磺胺類溶劑。本發(fā)明提供的電解液中含有添加劑，所述的添加劑包括含有高吸電子基團(tuán)、具有低路易斯堿度的磺胺類溶劑，利用其高電化學(xué)和熱穩(wěn)定性、強(qiáng)的非極性的性質(zhì)抑制Li?PS的溶解，氟代磺酰胺中的氟原子具有較強(qiáng)的吸電子效應(yīng)，顯著降低了O原子的配位能力，從而使氟代磺酰胺與L?i?PS配位困難，可有效抑制L?i?PS在正負(fù)極間的穿梭，從而降低鋰硫電池負(fù)極側(cè)的L?i?PS的溶解度，阻礙L?i?PS和金屬鋰負(fù)極的接觸和反應(yīng)，延長電池的循環(huán)壽命。

技術(shù)研發(fā)人員：盧晨,鄭燕玉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：天津力神新能源科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6