[发明专利]一种锂硫电池、电解液及其应用

说明书

本发明属于锂硫电池技术领域，具体公开了一种锂硫电池电解液，所述的电解液中包含具有双＝NOR环状共轭结构的添加剂。本发明通过在电解液中加入所述结构的添加剂，降低锂硫电池充放电过程中极化效应，提高多硫化物的转换效率，降低不溶性硫化物的沉积，最终明显提高锂硫电池的容量及循环稳定性。

技术领域

本发明涉及一种锂硫电池领域，具体涉及一种锂硫电池用电解液及使用了所述电解液的锂硫电池。

背景技术

锂硫电池是以硫元素作为电池正极,金属锂作为负极的一种锂电池。单质硫在地球中储量丰富，具有价格低廉、环境友好等特点。利用硫作为正极材料的锂硫电池，其材料理论比容量和电池理论比能量较高，分别达到1675mAh/g和2600Wh/kg，远远高于商业上广泛应用的钴酸锂电池的容量(150mAh/g)。并且硫是一种对环境友好的元素，对环境基本没有污染，是一种非常有前景的锂电池但由于其复杂的电化学反应机理，一些问题严重制约了锂硫电池的实际应用。在醚类电解液中，通常会有两个放电平台，首先硫单质锂化形成长链的多硫化物Li₂S₈，然后在电极表面进一步被还原成Li₂S₆和Li₂S₄，产生一个在2.3V左右的放电平台，这个放电平台大概贡献了25％的理论容量，紧接着中长链的多硫化物会再进一步转化为固体Li₂S₂和Li₂S，沉积在电极表面，放电平台在2.1V左右。由于中间产物长链多硫化物Li₂S_X(_X＝4～8)极易溶于醚类电解液中，导致了正极活性物质的实际利用率不高，造成首圈实际比容量远低于单质硫的理论容量(1675mAh/g)；在电场力和浓度梯度的作用下，长链多硫化锂会向锂金属负极扩散，一方面腐蚀金属锂负极反应生成短链多硫化锂与绝缘的Li₂S，前者又会扩散到正极区域，被氧化成为长链多硫化锂，如此循环往复，导致库仑效率严重降低和活性物质不可逆的损失，电池容量因此不断衰减。

针对锂硫电池的容量衰减问题，近年来研究者们采取了许多策略，其中，对电解液进行添加剂改性是主要的策略之一。现有报道的电解液添加剂种类繁多，主要可分为有机添加剂和无机添加剂；其中，有机添加剂主要有3-甲基-1,4,2-二恶唑-5-酮(CN108336405A)、硒醚(CN107785603A)、亚硫酰氯(CN109301325A)、磷酸化壳聚糖(CN103515613A)；无机添加剂主要有硅铝酸盐(CN109167095A)、多硫化锂(CN102983361A)、硝酸氧锆(CN109088101A)、五硫化磷(CN109148956 A)等。

目前锂硫电池电解液在循环的过程中，中间放电产物会溶解到有机电解液中,增加电解液的黏度，降低离子导电性。多硫离子能在正负极之间迁移，导致活性物质损失和电能的浪费。溶解的多硫化物会跨越隔膜扩散到负极,与负极反应,破坏了负极的固体电解质界面膜。此外，锂硫电池电解液用量远远的超过工业化的需求，对锂硫电池的大规模工业化生产造成比较大的影响。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种锂硫电池电解液，旨在提升锂硫电池性能。

本发明的另一目的为提供包含所述电解液的锂硫电池。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种锂硫电池电解液，包括有机溶剂、锂盐和添加剂：

所述的添加剂为具有式1结构化合物、式2结构化合物中的至少一种；

R₁～R₆独自选自H、烷烃基、烷氧基、烯烃基、五元～七元的环烷基、五元～七元的杂环烷基、部分不饱和的五元～七元的环烃基、苯、五元～六元杂环芳基或者稠环基团；