[发明专利]用于金属-硫二次电池的电解液及含有该电解液的金属-硫二次电池

说明书

本发明公开了用于金属‑硫二次电池的电解液及含有该电解液的金属‑硫二次电池。所述用于金属‑硫二次电池的电解液包括金属盐、有机溶剂和铈(IV)基添加剂；所述铈(IV)基添加剂为硝酸铈、氟化铈、氯化铈、碘化铈、硝酸铈铵、三氟甲烷磺酸铈中的一种或几种；所述电解液中金属盐的浓度为0.5～2.0mol/L，所述铈(IV)基添加剂的添加量为金属盐和有机溶剂总质量的0.1～5wt％；所述电解液中含水量在100ppm以下。本发明提供了包含所述电解液的金属‑硫二次电池。本发明电解液中的铈(IV)基添加剂能有效保护电池的负极，保证负极结构的稳定性；该添加剂也可以作用于正极，对硫和硫化物具有较好的吸附和催化作用，可以有效抑制多硫化物的穿梭效应，提升电池的循环性能。

技术领域

本发明属于二次电池技术领域，具体涉及一种用于金属-硫二次电池的电解液及含有该电解液的金属-硫二次电池。

背景技术

近年来，锂离子二次电池已经在我们的生活中得到了广泛的应用，但是随着交通和分布式储能的发展，我们仍然需要追求更廉价的储能电池。相比于传统锂离子电池，金属-硫二次电池以其理论容量大、能量密度高、成本低等优点而备受关注，是最具发展潜力的电化学储能体系之一。

然而，金属-硫二次电池的实际应用却一直受容量低、衰减快、库仑效率低等问题的制约。这些都可归因于硫的特殊性质以及充放电过程中形成可溶的多硫化物。多硫化物能溶解在电解液中，造成活性物质损失，同时还会穿过隔膜到达金属负极与其发生氧化还原反应(金属腐蚀)，生成的短链多硫化物沉积在金属负极表面阻碍了离子传输。此外，在较低电位下金属负极能与电解液中的金属盐和溶剂发生反应在表面生成一层固体电解质界面膜(SEI膜)。这种SEI膜机械稳定性是相对较差，在金属的剥离/沉积过程中因应力变化出现SEI膜破裂，进而在裂纹处生成金属枝晶。枝晶的生长是不利的，不仅会导致库仑效率降低，还会穿过隔膜到达正极，产生短路风险，造成安全隐患。

通过引入电解液添加剂在金属负极表面形成稳定的SEI膜是一种有效保护金属负极的方法，然而目前的添加剂功能单一、成分复杂，部分添加剂还会造成环境污染。因此，开发一种多功能、成分简单、绿色环保的电解液添加剂是当务之急。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于金属-硫二次电池的含有铈(IV)基添加剂的电解液以及含有该电解液的金属-硫二次电池，一方面，该铈(IV)基添加剂可在金属-硫二次电池负极快速的形成稳定保护膜，有效地保护电池的负极，保证负极结构的稳定性；另一方面，该添加剂也可以作用于正极，对硫和硫化物具有较好的吸附和催化作用，可以有效抑制多硫化物的穿梭效应，提升电池的循环性能。

为了解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种用于金属-硫二次电池的电解液，所述电解液包括金属盐、有机溶剂和铈(IV)基添加剂；所述铈(IV)基添加剂为硝酸铈(IV)、氟化铈(IV)、氯化铈(IV)、碘化铈(IV)、硝酸铈(IV)铵、三氟甲烷磺酸铈(IV)中的一种或几种；所述电解液中金属盐的浓度为0.5～2.0mol/L，所述铈(IV)基添加剂的添加量为金属盐和有机溶剂总质量的0.1～5wt％；所述电解液中含水量在100ppm以下。

作为优选，所述电解液中，所述铈(IV)基添加剂为3wt％。

作为优选，所述的电解液由金属盐、有机溶剂和铈(IV)基添加剂组成。