[发明专利]用于锂硫电池的电解质组合物

说明书

本发明涉及一种用于锂硫电池的电解质组合物，其中所述锂硫电池具有至少一个阳极和至少一个含硫化物的阴极，所述电解质组合物包括至少一种锂盐、至少一种非水性溶剂和至少一种加入的多硫化物，按照本发明，一种锂盐为硝酸锂。本发明还涉及一种具有所述电解质组合物的锂硫电池以及一种利用硝酸锂并结合至少一种多硫化物用于提高锂硫电池的循环稳定性的用途。

本申请是基于申请日为2015年02月06日、申请号为201510063686.3、发明名称为“用于锂硫电池的电解质组合物”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于锂硫电池的电解质组合物、一种具有所述电解质组合物的锂硫电池以及一种利用硝酸锂并结合至少一种多硫化物用于提高锂硫电池的循环稳定性的用途。

背景技术

由于与大气中的温室气体和气候变换相关的担忧日益增加，因此日益需要以替代性能源来替换化石燃料。虽然在针对固定应用的替代性能源的使用方面已取得了一些进展，但是对于移动应用，例如机动车方面的应用来说仍旧是一个挑战。

大型制造商的开发重点是机动车的电气化。然而，这种方法面临着一些问题，例如在需要电池具有高能量密度和长寿命的同时保持低成本。在这种情况下，锂硫电池(Li-S-电池)在移动应用方面是一个令人感兴趣的候选，其理论上的能量密度为约2300mWh/g(Li₂S)，是常规锂离子电池的理论能量密度的四倍多。此外，锂硫电池使用价格低廉的材料，例如硫，来代替昂贵的过渡金属。

与活性材料硫在重量分析上较高的能量密度和较低的费用方面的优点相对的是，在低循环稳定性方面的严重缺点。根据目前的了解，锂硫电池的低循环稳定性是由于不同的机理而造成的。除此之外，对于锂硫电池，在阴极放电以形成多硫化物，其溶解在电解质组合物中并以扩散或被迁移推动的方式(diffusions-oder migrationsgetrieben)由阴极移动至阳极。而在阳极，于放电初期在阴极产生的长链多硫化物被进一步还原(reduziert)成不再溶解于电解质组合物的短链多硫化物，例如Li₂S₂和Li₂S。所述短链多硫化物因其低的溶解度而在电解质组合物中沉淀或者在阳极上沉积为非活性层。所述沉淀出的或阳极上沉积的多硫化物物质(Polysulfidspezien)于电池充电时不再用于阴极处的氧化反应。这导致了阴极的容量损失并因此大大降低了电池容量。

现有技术中基于锂离子传导性(Lithium-Ionen leitenden)固体电解质来实现技术效果(即多硫化物移动的减少)。可将Li₁₄Zn(GeO₄)₄(LISICON)、Li_2,88PO_3,73N_0,14(LIPON)和由Li₁₀GiP₂S₁₂制成的玻璃陶瓷用作固体电解质。然而，固体电解质的主要缺点是，它们在低温下具有差的离子导电性。

此外，现有技术中使用基于聚氧乙烯(PEO)的凝胶或聚合物电解质来部分抑制多硫化物的传递。然而，这样的凝胶或聚合物电解质的离子导电性低于液态电解质的离子导电性。

WO 2012/110219 A1公开了具有阳极和含硫阴极的金属-硫-电池的制备方法，其中将阳极和阴极浸入含多硫化物溶液的烧杯，以进行阴极的还原反应。优选能从外部的储存器提供该多硫化物。

US 2013/0316072 A1公开了一种具有锂金属阳极和含硫阴极的锂硫电池。所公开的锂硫电池的电解质组合物可特别包括硝酸锂。硝酸锂被添加进该电解质组合物而没有指定其技术功能。

US 2013/0065128 A1还公开了一种具有锂金属阳极、含硫阴极和电解质组合物的锂硫电池，其特别包括硝酸锂。然而，所述锂硫电池的循环稳定性并没有因此而提高。