一種鋰硫電池電解液制造技術

本發明專利技術涉及一種鋰硫電池電解液,其組成包括一種或者二種以上直鏈脂肪醚和一種或者二種以上鋰鹽；這種電解質溶液具有優異的阻硫性能，循環穩定性好、價格低等優點。

Electrolyte for lithium sulfur battery

The invention relates to a lithium sulfur battery, comprising one or more than two kinds of straight chain aliphatic ether and one or more than two kinds of lithium salts; this electrolyte solution has excellent sulfur resistance, good cycle stability, low price.

【技術實現步驟摘要】
一種鋰硫電池電解液
本專利技術涉及鋰硫電池領域，具體地說，涉及的鋰硫電池電解液。
技術介紹
近幾十年來，鋰離子電池的商業化，極大地促進了電子設備如手機、筆記本等的在生活中的廣泛應用。但是鋰離子電池的能量密度的普遍不高，這也限制了其在電動車、大規模儲能等方面的應用。因此，人們正著手開發更高比容量的電池，如鋰空、鋰硫電池。其中鋰硫電池更接近商業化。硫的理論比能量密度為2500Whkg-1，2800WhL-1。而且硫價格便宜、資源豐富、環境友好，因為鋰硫電池有希望成為下一代商業化電池。研究發現，目前鋰硫電池的主要問題是容量衰減。電池容量衰減的原因有：(1)穿梭效應。電池在充電時，溶解在電解液里的長鏈多硫根離子能逐漸擴散到負極，并被還原成短鏈多硫根離子，接著一部分短鏈多硫根離子重新遷移擴散到正極，再被還原成長鏈多硫根離子。這樣反復的過程即為“穿梭效應”；(2)擴散到負極的多硫根離子可能會被進一步還原成不易溶解的硫化鋰或硫化二鋰。這樣不但造成活性物質的損失，而且會阻止鋰離子的傳導，電池極化嚴重；(3)電池的活性物質硫或者硫化鋰在正極的不可逆沉積也是電池容量衰減的原因之一。綜上所述，多硫化物的無序擴散是電池容量衰減的根本原因。為了解決上述問題，人們主要從三個方面對電池進行研究。1)、正極材料方面，將炭與硫通過物理方法或者化學方法進行包覆混合而阻止多硫化物向負極擴散。2)、電解質方面，通過減少多硫化物在電解液中的溶解擴散。3)、負極方面，通過在電解液中添加物質，使其在負極表面形成保護膜的方法抑制多硫化物的穿梭效應。YuriyV.Mikhaylik等(Pub.No.:US2011/0059350Al)提出了硝酸鹽能夠抑制多硫化物的穿梭。其作用機理是在鋰片負極表面形成保護膜，有效提高了電池的庫侖效率。進而提高電池的容量穩定性。ZhanLin等(Adv.Funct.Mater.2012.DOI:10.1002/adfm.201200696)提出了在電解液中添加五硫化磷，不但能在鋰片負極表面形成保護膜，而且能溶解不可逆沉積的硫化鋰，電池穩定性有一定提高，但是五硫化磷對多硫化物的溶解也可能增加電池的“飛梭”效應。最近L.F.Nazar等[EnergyEnviron.Sci.DOI:10.1039/c4ee00372a]發現了一類對多硫化物完全不溶解液的電解液。盡管電池的放電平臺比常用的DME/DOL類型的電解液，但是電池的容量穩定性卻要好于后者。但是文章在電解液中添加了大量的LiTFSI鋰鹽，這樣將大幅增加電池的價格，對電池的商業化不利。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供了一種電解質溶液。這種電解質溶液具有優異的阻硫性能，循環穩定性好、價格低等優點。為實現上述目的，采用的具體的技術方案如下，一種鋰硫電池電解液，電解液組成包括：(1)、一種或者多種直鏈脂肪醚。所述的直鏈脂肪醚可為以下結構的一種或者幾種：CαH2α+1-O-CβH2β+1CαH2α+1-O-CβH2β-O-CγH2γ+1CαH2α+1-O-CβH2β-O-CγH2γ-O-CδH2δ+1CαH2α+1-O-CβH2β-O-CγH2γ-O-CδH2δ-O-CεH2ε+1CαH2α+1-O-CβH2β-O-CγH2γ-O-CδH2δ-O-CεH2ε-O-CζH2ζ+1CαH2α+1-O-CβH2β-O-CγH2γ-O-CδH2δ-O-CεH2ε-O-CζH2ζ+1-O-CηH2η+1CαH2α+1-O-CβH2β-O-CγH2γ-O-CδH2δ-O-CεH2ε-O-CζH2ζ+1-O-CηH2η+1-O-CθH2θ+1CαH2α+1-O-CβH2β-O-CγH2γ-O-CδH2δ-O-CεH2ε-O-CζH2ζ+1-O-CηH2η+1-O-CθH2θ+1-O-CμH2μ+1其中，α，β，γ，δ，ε，ζ，η，θ，μ可為正整數。可以相同，也可以不同，取值范圍為1-12，其中較優的是4-9；(2)、一種或者多種鋰鹽；所述的鋰鹽濃度為0.1-10摩爾/升。優選的是0.2-3摩爾/升。所述的鋰鹽包括，但不限于以下一種或者多種：LiN(SO3CF3)2、LiN(SO3CF2CF3)2、LiSO3CF3、LiBr、LiI、LiPF6、LiBOB。其中優選的是LiN(SO3CF3)2、LiSO3CF3、LiBOB。(3)、電解質溶液中還可包括但不限于二氧六環、二氧戊環、四氫呋喃等環狀醚類化合物。其與直鏈脂肪醚共同作為電解質溶液的溶劑，環狀醚類化合物與直鏈脂肪醚類化合物的體積比1：20-20：1。這種電解質溶液具有優異的阻硫性能，循環穩定性好、價格低等優點。具體實施方式下面通過實施例來進一步闡述本專利技術，而不是限制本專利技術。所用的直鏈脂肪醚例如下所示。這是所用的直鏈脂肪醚的舉例，但不限于此。C5H11-O-C5H11直鏈脂肪醚(1)C2H5-O-C3H6-O-C2H5直鏈脂肪醚(2)C3H7-O-C3H6-O-C3H6-O-C3H7直鏈脂肪醚(3)C4H9-O-C2H4-O-C2H4-O-C2H4-O-C4H9直鏈脂肪醚(4)C5H11-O-C2H4-O-C4H8-O-C2H4-O-C4H8-O-C2H4-O-C4H8-O-C2H4-O-C5H11直鏈脂肪醚(5)式1實施例1電解質溶液組成：直鏈脂肪醚為直鏈脂肪醚(1)(如式1所示)；鋰鹽為LiN(SO3CF2CF3)2，濃度為1mol/L；鋰硫電池的負極是厚度為50微米的鋰箔，正極采用以下方法制備：30質量份數的SuperP炭、60質量份數的單質硫、10質量份數(固含量)的丁腈橡膠乳液共混，涂覆到鋁箔上。烘干后正極活性層中的硫含量為1.5毫克/平方厘米。將上述的組件以正極/隔膜/負極的層狀結構組裝在一起，并按照30微升/每平方厘米正極面積添加電解液后密封。靜止5小時后，相對于正極活性物質硫的質量，分別以0.1C、1C進行電池充放電。充電的截止電壓為2.8V，放電的截止電壓為1.5V。進行100次循環。考察電池最初比容量，100次循環后比容量以及電池庫侖效率。實驗結果如表1所示。實施例2電解質溶液組成：直鏈脂肪醚為直鏈脂肪醚(2)(如式1所示)；鋰鹽為LiN(SO3CF2CF3)2，濃度為1mol/L；鋰硫電池的負極是厚度為50微米的鋰箔，正極采用以下方法制備：30質量份數的SuperP炭、60質量份數的單質硫、10質量份數(固含量)的丁腈橡膠乳液共混，涂覆到鋁箔上。烘干后正極活性層中的硫含量為1.5毫克/平方厘米。將上述的組件以正極/隔膜/負極的層狀結構組裝在一起，并按照30微升/每平方厘米正極面積添加電解液后密封。靜止5小時后，相對于正極活性物質硫的質量，分別以0.1C、1C進行電池充放電。充電的截止電壓為2.8V，放電的截止電壓為1.5V。進行100次循環。考察電池最初比容量，100次循環后比容量以及電池庫侖效率。實驗結果如表1所示。實施例3電解質溶液組成：直鏈脂肪醚為直鏈脂肪醚(3)(如式1所示)；鋰鹽為LiN(SO3CF2CF3)2，濃度為1mol/L；鋰硫電池的負極是厚度為50微米的鋰箔，正極采用以下方法制備：30質量份數的SuperP炭、60質量份數的單質硫、10質量份數(固含量)的丁腈橡膠乳液共本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鋰硫電池電解液，其特征在于：其組成包括：(1)、一種或者二種以上直鏈脂肪醚；所述的直鏈脂肪醚可為以下結構的一種或者二種以上：C

【技術特征摘要】
1.一種鋰硫電池電解液，其特征在于：其組成包括：(1)、一種或者二種以上直鏈脂肪醚；所述的直鏈脂肪醚可為以下結構的一種或者二種以上：CαH2α+1-O-CβH2β+1CαH2α+1-O-CβH2β-O-CγH2γ+1CαH2α+1-O-CβH2β-O-CγH2γ-O-CδH2δ+1CαH2α+1-O-CβH2β-O-CγH2γ-O-CδH2δ-O-CεH2ε+1CαH2α+1-O-CβH2β-O-CγH2γ-O-CδH2δ-O-CεH2ε-O-CζH2ζ+1CαH2α+1-O-CβH2β-O-CγH2γ-O-CδH2δ-O-CεH2ε-O-CζH2ζ+1-O-CηH2η+1CαH2α+1-O-CβH2β-O-CγH2γ-O-CδH2δ-O-CεH2ε-O-CζH2ζ+1-O-CηH2η+1-O-CθH2θ+1CαH2α+1-O-CβH2β-O-CγH2γ-O-CδH2δ-O-CεH2ε-O-CζH2ζ...

【專利技術屬性】
技術研發人員：曲超，張華民，張洪章，李先鋒，王美日，
申請(專利權)人：中國科學院大連化學物理研究所，
類型：發明
國別省市：遼寧,21