[发明专利]一种锂硫电池电解质及其应用

说明书

本发明涉及一种锂硫电池电解质及其应用，述锂硫电池电解质包括氧化物陶瓷电解质和液态电解质；所述液态电解质为含氟化醚类溶剂电解质，所述含氟化醚类溶剂电解质包括锂盐、溶剂和至少一种氟化的醚类溶剂；所述氟化的醚类溶剂的化学通式为(MF_xH_3‑x)_m‑O_i‑(MF_yH_3‑y)_n，其中M为C或Si，0≤x≤3、0≤y≤3，且x+y≥1，1≤m≤10，1≤n≤10，1≤i≤10。本发明使用含氟化醚类溶剂液态电解质作为界面修饰层，降低陶瓷电解质与电极之间的接触阻抗，抑制中间产物从正极溶出，提高活性物质的利用率，改善电池的容量性能和循环稳定性，方法简单易行。

技术领域

本发明属于锂硫电池领域，本发明具体涉及氧化物陶瓷和含氟化醚类溶剂液态电解质作为锂硫电池电解质的应用。

背景技术

为了缓解能源紧张和解决环境污染问题，可再生能源和新能源汽车正在大力发展，这些举措对储能电池尤其是高能量密度的锂二次电池技术提出了更高的要求。然而现有的成熟锂二次电池技术，采用过渡金属氧化物作为正极，电池的能量密度已接近理论极限，仍然难以满足市场对高能量密度的要求。锂硫电池，基于转化反应机理以单质硫作为活性材料，硫正极的理论比容量和能量密度分别高达1675mAh/g和2600Wh/KG，且硫资源丰富、价格低廉、无污染环保，是新一代高能量密度锂电池的研究重点。

锂硫电池经过数十年发展，仍离大规模应用存在较远距离。主要问题在于充放电反应过程中，中间产物会溶解在常规的电解液中，造成严重的电极腐蚀及活性物质损失，最终导致电池容量衰减以至失效。目前的研究主要针对电极材料的设计，包括正极微结构的设计、化学吸附以及锂负极的保护，中间产物穿梭及副反应能够得到一定抑制，但是这些方法一方面需要复杂的电极设计，另一方面，中间产物的溶解及穿梭并不能得到完全解决。将固态电解质作为中间层，可以阻隔反应产物在电极间的迁移，进而完全消除穿梭效应。但是，以硫化物和氧化物陶瓷电解质两类为主的固态电解质研究，硫化物陶瓷在空气中不稳定，制备困难成本高；氧化物陶瓷与电极之间的接触阻抗太大，电池无法工作。为了保证氧化物陶瓷与电极之间的有效接触，就需要改善接触的界面以降低阻抗。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种既能完全消除穿梭效应的同时，又能降低接触阻抗，提高活性物质利用率的锂硫电池电解质及其应用。

一方面，本发明提供了一种锂硫电池电解质，所述锂硫电池电解质包括氧化物陶瓷电解质和液态电解质；

所述液态电解质为含氟化醚类溶剂电解质，所述含氟化醚类溶剂电解质包括锂盐、溶剂和至少一种氟化的醚类溶剂；

所述氟化的醚类溶剂的化学通式为(MF_xH_3-x)_m-O_i-(MF_yH_3-y)_n，其中M为C或Si，0≤x≤3、0≤y≤3，且x+y≥1，1≤m≤10，1≤n≤10，1≤i≤10。

在本发明的用于锂硫电池的电解质包括氧化物陶瓷电解质和含氟化醚类溶剂液态电解质(MF_xH_3-x)_m-O_i-(MF_yH_3-y)_n，其中M为C或Si，0≤x≤3、0≤y≤3且x+y≥1，1≤m≤10，1≤n≤10，1≤i≤10。在本发明所述锂硫电池电解质中，氧化物陶瓷电解质具有阻隔中间产物的迁移，消除穿梭效应的作用，而含氟化醚类溶剂液态电解质一方面因为存在能够溶解锂离子的液态溶剂，有效增加了锂离子与活性物质之间的接触面积从而降低氧化物陶瓷电解质和电极之间的界面接触阻抗；另一方面，高度氟化后的溶剂因为空间位阻效应能够降低多硫化锂的溶解度，从而抑制中间产物多硫化锂从正极的溶出，提高活性物质利用率。