[发明专利]一种提高锂硫电池容量的电解液及锂硫电池

说明书

本发明属于液态锂硫电池技术领域，具体涉及一种提高锂硫电池容量的电解液，其包含有机溶剂、锂盐和添加剂，所述添加剂分子式为R‑(CS)_n‑N(R₁)(R₂)，本发明还包含添加有所述电解液的锂硫电池。采用的电解液，可以显著提高锂硫电池的放电比容量和容量保持率，大幅改善电池性能，成本低廉，制备方法简单、理化性质优异、安全环保。

技术领域

本发明属于电池电解液制备技术领域，具体涉及一种提高电池容量的锂硫电解液及其应用。

背景技术

随着经济的快速发展和信息科技的飞速进步，环境和能源问题已经成为目前全球性的话题。当下化石燃料的过度消耗和随年增长的能源需求，使得清洁能源的开发和利用收到极大的关注。因此，对高能量密度电化学储能及转换装置的研究意义重大。

这些年来，锂离子二次电池由于其在能量密度、工作电压、循环寿命和环保等放的优势，使其成为数码、电动汽车产品等领域的首选电源。但随着产品的高期望值以及电动汽车、智能电网的大规模发展，对更高质量比能量密度和体积比能量密度的二次电池的需求已经越来越大。因此寻找一种全新的、高能的电池体系一直是储能领域的研究热点。

锂硫电池因此受到研究学者的广泛关注，它具有极高的理论能量密度，在多种储能系统中是最具潜力的一种二次电池。锂硫电池使用天然丰富的硫元素作为正极材料，其存储量大、价格低廉且无污染，理论比容量达到1675mAh/g，当以金属锂为负极组装成电池时，其理论比能量高达2600Wh/kg，拥有广泛的应用和开发前景。然而，锂硫电池尽管拥有如此多的优点，但是单质硫与放电产物Li₂S具有电绝缘性，导电能力差，而且放电过程中硫的体积膨胀率严重(～80％)，电化学反应中间产物多硫化物的“穿梭效应”等问题。上述问题降低了电极活性物质的利用率和电池的循环寿命，严重阻碍了锂硫电池的商业化应用。

针对上述锂硫电池的各种不足导致较低的库伦效率，世界各国研究者们进行了一系列研究，其中在电解液中引入添加剂是一种简单、经济的提升锂硫电池性能的方式，但大多添加剂在提升库伦效率的同时并不能兼顾比容量和循环性能。目前锂硫电池的添加剂主要是LiNO₃等一些在负极形成SEI膜保护锂负极的硝酸盐及一些功能性的有机物。

Mikhaylik等(Pub.No.:US2011/0059350A1)提出在电解液里加入硝酸盐作为添加剂，可以有效缓解充放电过程中多硫离子的穿梭效应，保护锂负极，提高电池库伦效率和循环稳定性。

WeishangJia等(ACSAppl.Mater.Interfaces.2016.DOI:10.1021/acsami.6b03897)使用KNO₃作为电解液添加剂，通过K⁺和NO₃^-的协同作用延迟锂枝晶的生长以及形成钝化膜保护锂负极，抑制多硫化物的穿梭效应，提升锂硫电池库伦效率。但是，使用这一类型添加剂的电池随着循环次数的增加，负极保护层会溶解，再次形成新的保护层会消耗电解液中的添加剂，导致电池的循环稳定性下降，很难保证电池的容量保持率。

目前的研究尚未发现能够提高电池放电容量的电解液。因此，通过电解液的改进，制备出既能够有效提高电池容量，又能保证容量保持率和循环稳定性的锂硫电池，对商业化应用发展具有重大意义。

发明内容

针对上述问题，本发明的第一个目的在于提供一种既能够有效提高电池的容量和循环稳定性，又能保证库伦效率的新的锂硫电池的电解液。

本发明的第二个目的在于提供一种包含所述电解液的锂硫电池。

一种提高锂硫电池容量的电解液，包含有机溶剂、锂盐和添加剂，所述添加剂为具有式1结构式化合物中的至少一种；

R-(CS)_n-N(R₁)(R₂)