[发明专利]一种复合溶剂和电解液及其在锂硫电池中的应用

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的复合溶剂，其包括有机溶剂和共溶剂A。本发明还公开了锂硫电池的电解液，其包含导电锂盐、所述的复合溶剂。此外，本发明还包括添加有所述的电解液的锂硫电池。本发明所述的共溶剂具有式1所示的结构，其作为共溶剂一方面降低了电解液体系对多硫化物的溶解度，另一方面优化了锂金属表面固态电解质膜的组分，提升了电池的容量保持和库伦效率。

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及其复合溶剂、电解液。

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。

电解液方面，仍然存在许多问题亟待解决。首先，当前采用传统单质硫作为正极活性物质的锂硫电池，通常采用醚类电解液体系。醚类溶剂的低沸、闪点使得锂硫电池存在极大的安全隐患；另外，由于“溶解转化机制”的需要以及醚类溶剂与锂金属负极不可避免的反应，造成所需电解液用量过高(E/S＞10)，大大降低了电池的实际比能量；而且，醚类溶剂对多硫化物极高的溶解度也是造成其溶解穿梭的重要原因。针对上述问题，科研工作者电解液的角度提出了很多改善策略。CN201510621363提出采用氟化磷腈化合物作为锂硫电池电解液阻燃共溶剂成分以改善电解液的易燃性，然而大量阻燃共溶剂的引入会降低电解液的离子电导率，同时也大大增加了电解液的使用成本。专利CN201710141499采用高浓度锂盐电解液，利用同离子效应以降低电解液对多硫化物的溶解度从而缓解了在其中的迁移，但锂盐浓度的增加同时会增加电解液粘度降低其电导率以及与电极界面的润湿性，另外昂贵的锂盐大大增加了成本。

发明内容

本发明的一个目的是为了克服现有技术的不足，提供一种降低多硫化物溶解度的锂硫电池的复合溶剂。

本发明第二目的在于，提供一种能提高锂硫电池容量保持率与库伦效率的电解液。

本发明第三目的在于，提供所述的电解液在锂硫电池中的应用。

本发明第四目的在于，提供装载有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：

一种锂硫电池的复合溶剂，包括有机溶剂和共溶剂A：所述的共溶剂A具有式1所示的结构：

R₁、R₂独自选自为C₁～C₁₀的烷烃基、C₂～C₁₀的烯烃基或C₅～C₁₂的芳香基；所述的烷烃基、烯烃基、芳香基允许含有吸电子或者供电子取代基。

本发明所述的复合溶剂，通过创新的特殊结构的共溶剂A的使用，一方面降低了电解液体系对多硫化物的溶解度，另一方面优化了锂金属表面固态电解质膜的组分，提升了电池的容量保持和库伦效率。