[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电解液技术领域，具体公开了一种锂硫电池电解液，其包含导电锂盐、有机溶剂和添加剂A，所述添加剂A的结构式为X为卤素原子(F、Cl、Br、I)中的一种，其在电解液中的质量百分含量为0.1％～5wt％。所述添加剂A可在锂金属负极表面发生反应，反应形成的无机物LiX、Li₂SO₃Li₂SO₄和‑N＝C＝O电聚合形成的有机物改善了SEI膜的组分，提高了锂金属负极的界面稳定性，有效提升了电池的放电比容量和循环稳定性。

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

近年来，锂硫电池因为其高能量密度(2500Wh/kg、2800Wh/L)，活性物质硫来源广、价格低廉等优势而备受研究者的关注，被认为是最具发展潜力的下一代高能量密度储能器件之一。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。由于放电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，即所谓的“穿梭效应”，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。

针对锂硫电池中容量衰减的问题，研究者们采取了许多不同的策略并取得了一定效果。比如正极方面，利用具有极性的金属化合物(氧化物、硫化物、氮化物等)化合物与多硫离子的化学吸附作用来抑制其穿梭，从而减缓电池的容量衰减是一种有效的策略，例如CN201810129954则通过在锂硫电池隔膜中加入带有片层状结构的二硫化钨，可有效的限制多硫化物的穿梭效应，提升锂硫电池的电池循环性能。从电解液角度采取添加剂改性以构筑更加致密稳固的固体电解质界面膜(SEI)同样是一种简便而有效地策略。

电解液是锂硫电池的重要组成部分，它对电池的电化学性能和安全性能具有很大的影响。研究表明在电解液中添加一种或多种无机或有机添加剂(如CN102983361A、CN109088101A等)在负极表面形成一层相对稳定的固体电解质界面膜(SEI)，可以避免由本征SEI膜不稳定引起的电解质、多硫化物与锂金属的反应，从而减少活性物质的不可逆损失。因此，从电解液角度采取添加剂改性以构筑更加致密稳固的SEI膜同样是一种简便而有效地策略。

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。

本发明第二目的在于，提供所述的电解液在锂硫电池中的应用。

本发明第三目的在于，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A：所述的添加剂A为具有式1结构式化合物中的至少一种：

X为卤素原子(F、Cl、Br或I)；

添加剂A在电解液中的质量百分含量为0.1％～5wt％。

本发明向电解液中添加的物质A，其在电化学过程中可反应生成的无机物LiX、Li₂SO₃、Li₂SO₄和基团-N＝C＝O电聚合形成的有机组分，可以参与形成更加稳定的SEI保护膜，提高金属锂负极与电解液界面的稳定性，避免新鲜锂与电解液及溶于其中的多硫化物反应，减少了活性物质的不可逆损失，提升了电池的放电容量与循环稳定性。