[发明专利]用于锂硫电池的电解液及其构成的锂硫电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于锂硫电池的电解液及其构成的锂硫电池，具体为向传统电解液中加入一种高效的锂硫电池电解液辅助电解质，同时通过溶剂优化进一步改善电池的整体性能。

背景技术

随着社会的发展，特别是电动汽车行业的发展，锂离子电池面临着前所未有的挑战。由于嵌入脱出式反应机理的限制，传统正极材料在能量密度方面难以有进一步的巨大突破，为了获得具有更高容量的材料，基于溶解-沉积反应的硫电极被广泛关注。

硫是一种轻质、无毒且储量丰富的元素，当其与锂反应可以发生两电子转移，其理论容量高达1675mAh/g，是理想的新一代电极材料。但此电极反应固有的活性物质溶解扩散和反应体积膨胀造成了电池低寿命和充放电效率。电解液作为电池的一项重要组成，不仅是有效的离子传输载体，还通过影响界面性质、中间产物溶解度等因素对锂硫电池整体性能有决定性作用。中国专利CN1335653A通过调节具有不同硫和多硫化物溶解度的溶剂配比，并向溶剂中充入特殊气体以在锂负极表面形成理想的固体电解质界面而改善电池的循环性；CN1838469A、CN1495957A和CN1487620A分别通过调节季铵盐离子液体和酰亚胺盐离子液体的结构组成提高容量以及循环寿命。

发明内容

本发明目的在于提供一种用于锂硫电池的电解液及其构成的锂硫电池，其特点为加入锂硫电池辅助电解质，并通过溶剂改性提升活性物质利用率和寿命性质，制成用于锂硫电池的电解液及其组成的锂硫电池。本发明具有比容量高、循环寿命好以及充放电极化程度低等优点。

本发明提供的用于锂硫电池的电解液包括：

LiN(SO₂CF₃)₂

LiN(SO₂F)₂

CH₃O(CH₂CH₂O)_nCH₃，其中n＝2～4；

咪唑基离子液体：1-甲基-3-丁基咪唑二(三氟甲基磺酰)亚胺(BMITFSI)、以及1-甲基-3-乙基咪唑二(三氟甲基磺酰)亚胺(EMITFSI)；

其中，LiN(SO₂F)₂浓度范围在0.1～2.0M，LiN(SO₂CF₃)₂浓度范围为1～7M；醚类溶剂与咪唑基离子液体的体积比为0.25∶1～4∶1。

本发明用于锂硫电池的电解液的制备方法是按计量体积比将醚类溶剂(例如，四甘醇二甲醚)与咪唑基离子液体均匀混合，定量溶入LiN(SO₂F)₂和LiN(SO₂CF₃)₂，充分搅拌成为澄清透明的液体即得目标电解液。

本发明以硫电极正极，金属Li片为负极，按常规方法组装锂硫电池。

本发明锂硫电池辅助电解质为双氟磺酰亚胺锂(LiN(SO₂F)₂)，其具有比传统电解质双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiN(SO₂CF₃)₂)更高的离子电导率，利于优化活性物质利用率。通过改变LiN(SO₂F)₂和LiN(SO₂CF₃)₂的浓度、溶剂种类和配比，可以进一步提高电池的循环性能。

本发明的突出特点在于，向含LiN(SO₂CF₃)₂的锂硫电池电解液中加入LiN(SO₂F)₂后，1)该电解液体系具有更好的渗透性、离子电导率和锂离子电导率，进而提高活性材料利用率，使得电池体系具有更高的初始容量；2)该电池体系具有更优异的电极-电解液界面性质可以缓解正极表面不溶产物Li₂S/Li₂S₂对于材料的钝化；3)通过调节溶剂配比，减弱活性硫材料在循环过程中的扩散流失，提高电池的循环稳定性。因此本发明提高了锂硫电池体系的性能，具有容量高，循环性好，简单易行且重现性好等特点。

附图说明

图1为实施例1、2和对比实施例1装配电池在0.1毫伏每秒扫描速度下的循环伏安曲线。