[发明专利]一种电解液及其制备方法以及一种锂硫电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂电池电极材料制备领域，具体涉及一种电解液及其制备方法，和采用该电解液制备的一种锂硫电池。

背景技术

随着紧凑便携式电子产品设备和动力电池的快速发展，对高能量密度电池的需求日益增加。单质硫具有较高的理论比容量(1675mAh/g)和比能量(2600Wh/kg)，是传统锂离子电池理论能量密度的5倍以上，目前所开发的锂硫电池的实际能量密度为400～600Wh/kg，是商业锂离子电池实际能量密度的2～3倍。作为正极材料的单质硫还具有自然储量丰富，价格低廉，环境友好等优点。

锂硫电池体系也是当下学术界广泛研究的焦点，一般认为，锂硫电池存在的主要问题在于:1)单质硫的电子电导率较低。2)充放电过程中产生的S_x^n-阴离子具有较强的亲核能力，其与碳酸酯、LiPF₆等溶剂或者电解质材料之间存在相互作用，所以传统锂离子电池电解液不适合于锂硫电池体系，3)充放电过程中产生的多硫化物(Li₂S_x)(x＝4～8)会逐渐溶解到电解液中并在正、负极之间穿梭，从而造成正极活性物质的损失，同时这也是锂硫电池库伦效率低、容量衰减快的重要因素。4)采用金属锂作为负极，在长循环过程中存在锂枝晶的问题。

为了解决锂硫电池上述的问题，目前的工作主要着重于正极材料的结构设计，即通过正极外围包覆聚合物或者使用添加剂来吸附形成的多硫化物从而达到对多硫化物的截留作用。锂硫电池电解液体系大多选择化学稳定性良好的三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)以及醚基(DME和DOL)溶剂，但是醚基溶剂具有较强的极性和给体数(DN)，对多硫化物的溶解性比较大，为了抑制溶剂对多硫化物的溶解性，有研究报道可以提高电解质盐的浓度来达到目的(L.Suo,et al.,Nature Communication,2013)。另外也有报道选择固态电解质可以部分抑制枝晶的产生(X.Liang,et al.,Journal of Power Sources,2011,196,3655)，但是有机全固态电解质的电导率较低，导致电池在室温下难以大电流充放电。

发明内容

鉴于背景技术所存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于锂硫电池的电解液以及包含该电解液的锂硫电池，该电解液可以有效抑制多硫化物在电解液中的溶解，可以在金属锂表面形成稳定的钝化膜，并且具有良好的阻燃性能，这些性质保证了锂硫电池具有良好的循环性能和安全性能。

本发明的另一目的在于提供上述一种锂硫电池及其制备方法。

本发明通过以下技术方案实现：

一种电解液，包含电解质锂盐、非水有机溶剂和含醚基官能团的离子液体，所述的含醚基官能团离子液体的结构式为C⁺[A]^-，其中阳离子C⁺的结构为如下之一：

式中R₁，R₂，R₃和R₄相同或者不相同，且至少有一个取代基为–(CH₂CH₂O)_nCH₃，其中n＝1～3；–(CH₂CH₂O)_nCH₃(n＝1～3)基团中，当n＝1时，–CH₂CH₂OCH₃为甲基乙氧基，当n＝2时，–(CH₂CH₂O)₂CH₃为甲基二乙氧基，当n＝3时，–(CH₂CH₂O)₃CH₃为甲基三乙氧基；所述含醚基官能团离子液体占溶剂比例为5％～100％；电解质锂盐在电解液中的浓度为0.5～7mol/L。