[发明专利]一种安全电解液及制得的金属-硫电池

说明书

本发明公开了一种安全电解液及制得的金属‑硫电池。本发明提供的安全的电解液，包括锂盐和非水有机溶剂。所述非水有机溶剂包括脲类化合物和硫醚类化合物。同时，本发明还公开了包括上述电解液的金属‑硫电池。本发明提供的电解液具有低可燃性，可提高金属‑硫电池的安全性能；另外，该电解液能有效抑制金属‑硫电池循环过程中多硫化物的穿梭问题，能保护锂金属负极；同时，该电解液还能提高金属‑硫电池的电化学性能，解决现有锂硫电池存在的安全问题。

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种安全的电解液及制得的金属-硫电池。

背景技术

锂离子电池被应用在人类社会的各个领域，极大地促进了人类社会的发展和进步。但随着人类社会的不断发展，传统锂离子电池有限的能量密度已经满足不了人类日益增长的需求。因此，亟需发展具有高能量密度的储能技术以满足需求。锂硫电池是一种高能量密度(2600Wh/kg)的储能技术，且硫元素在自然界的储量较大。这些优点使得锂硫电池受到广泛的关注和研究。然而，锂硫电池在发展过程中遇到了很多问题，其中最主要的问题是安全问题和多硫化锂的穿梭效应。安全问题源于锂硫电池负极侧的高活性锂金属负极。在循环过程中，锂金属的不断溶出和沉积会产生锂枝晶生长的问题。锂枝晶生长可能会刺穿隔膜，导致电池短路和热失控，进而引燃有机电解液，造成安全事故。而硫正极一侧的单质硫在放电过程中首先被还原为长链多硫化物，长链多硫化物能溶解于有机电解液中，并穿梭到锂金属负极一侧与锂金属发生副反应。副反应会导致锂金属和硫活性物质的不可逆损失，也会产生大量可燃性气体。这些可燃性气体累积起来会使电池鼓包，使电池性能下降的同时，也带来很大安全隐患。因此，安全问题和多硫化锂的穿梭效应极大地阻碍着锂硫电池的发展。

发明内容

针对现有锂硫电池存在的安全问题和多硫化锂的穿梭问题，本发明提供了一种安全的电解液及制得的金属-硫电池。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

本发明提供的一种安全的电解液，包括锂盐和有机溶剂(非水有机溶剂)；所述有机溶剂包括如结构式Ⅰ所示的脲类化合物和如结构式Ⅱ所示的硫醚类化合物；

其中，R₁、R₂、R₃及R₄为氢原子、烃基或卤代烃基；R₁、R₂、R₃、R₄可以相同也可以不同；R₁^’、R₂^’表示烃基或卤代烃基；R₁^’、R₂^’可以相同也可以不同；n的取值范围为2-10。

进一步地，所述卤代烃基中的卤素选自氟氯溴碘。

进一步地，在所述有机溶剂中，如结构式Ⅰ所示的脲类化合物的重量比例为1％-99％，如结构式Ⅱ所示的硫醚类化合物的重量比例为1％-99％。

进一步地，所述如结构式Ⅰ所示的脲类化合物选自以下化合物中的一种或多种：

进一步地，如结构式Ⅱ所示的硫醚类化合物选自以下化合物中的一种或多种：

进一步地，所述非水有机溶剂还包括四乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、乙二醇二甲醚、碳酸二甲酯、1，3-二氧戊环、碳酸亚乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、氟代碳酸乙烯酯、亚硫酸丙烯脂和丙酸甲酯中的一种以上。

进一步地，所述锂盐为LiTFSI、LiFSI及LiPF₆中的一种以上。