[发明专利]一种含有碘化铵添加剂的电池电解质及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含有碘化铵添加剂的电池电解质及其制备方法，属于电池材料技术领域。本发明提供的电解质包括有机溶剂、锂盐和添加剂，所述添加剂包括碘化胺。本发明的碘化胺添加剂的阴离子I^‑可以在金属锂表面形成含LiI的固态电解质界面膜，胺基阳离子与Li₂S之间有氢键作用，能降低Li₂S转化的能垒，提高活性物质硫的利用率。本发明使用的添加剂，其阴阳离子均能起作用，并且作用角度不同，可以大大提高电解质的效率，并降低电解质的使用量。

技术领域

本发明涉及电池材料技术领域，尤其涉及的是一种含有碘化铵添加剂的电池电解质及其制备方法。

背景技术

锂硫电池因其能量密度高、价格低廉、环境友好等优势，成为高能量密度锂金属电池的研究热点。硫具有高达1675mAh/g的理论比容量，与锂金属负极匹配，锂硫电池的理论能量密度可达到2600Wh/kg，具有良好的应用前景。然而，锂硫电池目前仍存在很多不足，包括库仑效率低、容量衰减快和自放电严重等，其中许多问题与金属锂负极的使用有关。放电过程中，单质硫首先还原形成长链多硫化物，长链多硫化物易溶于电解质，并经电解质扩散到负极侧，与金属锂负极发生反应，造成活性物质损失。金属锂具有高化学活性，容易与电解质组分和多硫化物反应，造成锂活性物质和电解质的严重消耗。此外，多硫化物及电解质与金属锂反应后，大量副产物聚集在负极表面，影响锂金属的电化学性能。活性金属锂不断反应，形成锂枝晶，易演变成无电化学活性的死锂，导致锂负极腐蚀和粉化。因此，不稳定的金属锂负极已成为限制锂硫电池发展的关键问题之一。

目前研究表明，通过电解质组分优化调控金属锂的界面稳定性是一个有效途径。金属锂活性高，电解质组分会自发在金属锂表面分解，形成固态电解质界面膜，而电解质的成分和浓度直接影响金属锂表面副反应的进程，进而影响固态电解质界面膜的组分和性质。LiNO₃是锂硫电池中常用的电解质添加剂，已经在许多研究中证实LiNO₃可以促进锂负极表面形成稳定的钝化膜，阻隔溶解的多硫化物与锂负极进一步反应。另外，NO₃^-可以在充电结束时催化多硫化物转化为元素硫，并且，NO₃^-与多硫化物之间的结合作用，减少了多硫化物的扩散，通过这种保护，锂硫电池的库仑效率和循环稳定性可以增加。但是，当放电电压低于1.6V时，LiNO₃会在正极上发生不可逆的还原反应，生成的不溶物会对正极的氧化还原可逆性产生不利影响，因此，单独的LiNO₃添加剂不能为锂硫电池中的锂负极提供足够的保护。当同时使用LiNO₃和较长链的多硫化物作为电解质添加剂时，多硫化物添加剂可以参与在锂负极表面上形成钝化膜，NO₃^-和S-两种阴离子协同作用，生成含有LiN_xO_y、Li₃N、Li₂S_x、Li₂SO_x和有机成分的固态电解质界面膜，无机组分离子电导率高，有机组分柔韧性好，锂金属负极固态电解质界面膜的电化学性能和机械稳定性显著提高，减少了电解质分解并抑制锂枝晶的生长，削弱了多硫化物穿梭效应对活性物质的损失，显著提高了电池的放电容量和循环寿命。目前，电解质添加剂的报道很多，每种添加剂都有其不同的特点和作用机理，但是使用多种添加剂会增加电解质的配制过程和成本。

发明内容

本发明提供了一种含有碘化铵添加剂的电池电解质及其制备方法，本发明开发的阴阳离子双重作用的电解质添加剂碘化铵，阴离子I^-可以在金属锂表面形成含LiI的固态电解质界面膜，铵基阳离子与Li₂S之间有氢键作用，能降低Li₂S转化的能垒，提高活性物质硫的利用率。本发明使用的添加剂，其阴阳离子均能起作用，并且作用角度不同，可以大大提高电解质的效率，并降低电解质的使用量。

本发明首先提供了一种电解质，其包括有机溶剂、锂盐和添加剂，所述添加剂包括碘化铵。