一种改善锂硫电池低温性能的方法技术

本发明专利技术提供一种改善锂硫电池低温性能的方法，属于锂硫电池技术领域。解决现有的锂硫电池在低温环境下容量衰减严重，循环性能变差的缺点。该方法在锂硫电池中加入电荷转移中间体，所述的电荷转移中间体的氧化还原电位值介于锂和硫的氧化还原电位值的中间。该类电荷转移中间体可以有效改变锂硫电池的反应历程，加速锂硫电池在低温下的电荷传输，改善锂硫电池在低温下的综合电学性能。实验结果表明：在10℃到-60℃的温度范围使用该类电荷转移中间体能够使锂硫电池的整体容量提升20％到80％。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于裡硫电池
，具体设及一种改善裡硫电池低溫性能的方法。
技术介绍
裡硫电池W单质硫作为正极活性物质，W单质裡或裡合金作为电池的负极材料。 由于单质硫的理论比容量高达1675mAh/g，因此使得裡硫电池的整体理论能量密度达到了 2600Wh/kg，是传统裡离子电池能量密度的5倍左右。裡硫电池采用单质硫为正极材料，原 料来源丰富，成本低廉，在大容量电池方面最有希望超过普通的裡离子电池。但是由于单 质硫为绝缘体，需要与导电物质进行复合才能有效地进行离子与电荷的传输，而且在充放 电过程中所生成的多硫化裡中间产物极易溶于电解液，导致裡硫电池的容量出现衰减，循 环稳定性变差。另一方面，裡硫电池的化学反应速度与溫度密切相关，低溫下（15°C W下） 裡硫的化学反应速度迅速变慢，可逆性也受到很大影响。裡硫电池在低溫下其充放电行为 极为复杂，在-40°C下至少经历5步反应，在低溫下其放电曲线由室溫下的双平台变为多平 台。裡硫电池在-20°C时其比容量已衰减为室溫状态下的25%，严重制约了裡硫电池的正 常使用。尽管如此，目前裡硫电池的研发大多集中在室溫下正极材料的制备与改进，而对于 裡硫电池的低溫性能改善则处于空白状态。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有的裡硫电池在低溫环境下容量衰减严重，循环性能 变差的缺点，而提供一种改善裡硫电池低溫性能的方法。 本专利技术提供一种改善裡硫电池低溫性能的方法，包括： 阳〇化]在裡硫电池中加入电荷转移中间体，所述的电荷转移中间体的氧化还原电位值介 于裡和硫的氧化还原电位值的中间。 优选的是，所述电荷转移中间体的氧化还原电位值比硫的氧化还原电位值低 0. Oiv ~1.2V。 优选的是，所述的电荷转移中间体包括： 1,4-环己二締、1，3, 5, 7-环辛四締、1，1-二苯基乙締、反-下締二酸二乙醋、马来 酸二乙醋、四（二甲基胺）乙締、1,8-亚乙基糞、蔥、1,2-苯并巧、联苯、茂并芳庚、1,2-苯并 菲、1,2, 5, 6-二苯并蔥、2, 3-二甲基糞、9, 10-二苯基蔥、巧、十氨-1-甲基糞、十氨-2-甲 基糞、菲、巧、香豆素、1，2, 3, 5-四甲基苯、1，2, 4, 5-四甲基苯、1，2, 4-S甲基苯、1，2, 3-S 甲基苯、苯并菲、立苯甲烧、邻二甲苯、对二甲苯、间二甲苯、氯乙醒、3-苯基-2-丙締醒、二 氯乙酸、2-下締醒、2-糖醒、葡糖糖、甘油醒、乙醇醒、对径基苯甲醒、4-径基-2-甲氧基苯 甲醒、邻甲氧基苯甲醒、对甲氧基苯甲醒、甲基乙二醒、苯二醒、締丙醒、化咯-2-甲醒、= 氯乙醒、苯乙酬、过氧化二苯甲酯、3-下締-2-酬、苯下酬、（S)-2-甲基-5-(1-甲基乙締 基）-2-环己締-1-酬、2-糞酪、1-漠糞、9, 10-二漠蔥、二漠乙烧、二氯甲烧、六漠苯、舰乙 烧、苯并化晚、PdClz、Pb、^Clz、CuS〇4或Cul。 优选的是，所述的电荷转移中间体直接添加到正极材料或者正极粘合剂中。 优选的是，所述的电荷转移中间体与正极材料的质量比为（10 4~100) :1。 W11] 优选的是，所述的电荷转移中间体与正极粘合剂的质量比为（10 4~100) :1。 优选的是，所述的电荷转移中间体直接添加到裡硫电池的电解液中。 优选的是，所述的电荷转移中间体在电解液中的浓度为1ymol/L~5mol/L。 本专利技术的有益效果 本专利技术提供一种改善裡硫电池低溫性能的方法，该方法在裡硫电池中加入电荷转 移中间体，所述的电荷转移中间体的氧化还原电位值介于裡和硫的氧化还原电位值的中 间。该类电荷转移中间体可W有效改变裡硫电池的反应历程，加速裡硫电池在低溫下的电 荷传输，改善裡硫电池在低溫下的综合电学性能。实验结果表明：在10°C到-60°c的溫度范 围使用该类电荷转移中间体能够使裡硫电池的整体容量提升20%到80%。【附图说明】 图1为本专利技术实施例1组装裡硫电池的循环稳定性图； 图2为本专利技术实施例2组装裡硫电池的循环稳定性图；[001引图3为本专利技术实施例3组装裡硫电池的循环稳定性图； 图4为本专利技术实施例4组装裡硫电池的循环稳定性图； 图5为本专利技术实施例5组装裡硫电池的循环稳定性图； 图6为本专利技术实施例6组装裡硫电池的循环稳定性图； 图7为本专利技术实施例7组装裡硫电池的循环稳定性图； 图8为本专利技术实施例8组装裡硫电池的循环稳定性图； 图9为本专利技术实施例9组装裡硫电池的循环稳定性图； 阳0巧]图10为本专利技术实施例10组装裡硫电池的循环稳定性图； 图11为本专利技术实施例10组装裡硫电池的充放电曲线图； 图12为本专利技术实施例11组装裡硫电池的循环稳定性图； 图13为本专利技术实施例12组装裡硫电池的循环稳定性图；【具体实施方式】 本专利技术提供一种改善裡硫电池低溫性能的方法，包括： 在裡硫电池中加入电荷转移中间体，所述的电荷转移中间体的氧化还原电位值介 于裡和硫的氧化还原电位值的中间，所述电荷转移中间体的氧化还原电位值优选比硫的氧 化还原电位值低0.OlV~1. 2V。 按照本专利技术，对于不同溫度体系而言，只要该电荷转移中间体在该溫度下的氧化 还原电位值介于裡和硫在该溫度下的氧化还原电位值之间均可W。 按照本专利技术，所述的电荷转移中间体因其氧化还原电位值低于正极中硫的氧化还 原电位值，因此在正极中W氧化态形式存在，当电池开始放电时，电子经外电路由负极导入 正极，氧化态电荷转移中间体因具有远大于绝缘态单质硫的反应活性将率先得到电子并转 变为还原态。随后，还原态的电荷转移中间体将会把电子最终转移给正极内部的硫和/或 多硫化裡，进而重新变为氧化态参与下一轮的电荷转移。通过引入运样一个电子转移过程， 使得裡硫电池原本相对缓慢的反应历程得W改变，从而大大改善裡硫电池在低溫下的各项 电学性能。所述的电荷转移中间体优选包括： 1,4-环己二締、1，3, 5, 7-环辛四締、1，1-二苯基乙締、反-下締二酸二乙醋、马来 酸二乙醋、四（二甲基胺）乙締、1,8-亚乙基糞、蔥、1,2-苯并巧、联苯、茂并芳庚、1,2-苯并 菲、1，2, 5, 6-二苯并蔥、2, 3-二甲基糞、9, 10-二苯基蔥、巧、十氨-1-甲基糞、十氨-2-甲 基糞、菲、巧、香豆素、1，2, 3, 5-四甲基苯、1，2, 4, 5-四甲基苯、1，2, 4-S甲基苯、1，2, 3-S 甲基苯、苯并菲、S苯甲烧、邻二甲苯、对二甲苯、间二甲苯、氯乙醒、3-苯基-2-丙締醒、二 氯乙酸、2-下締醒、2-糖醒、葡糖糖、甘油醒、乙醇醒、对径基苯甲醒、4-径基-2-甲氧基苯 甲醒、邻甲氧基苯甲醒、对甲氧基苯甲醒、甲基乙二醒、苯二醒、締丙醒、化咯-2-甲醒、= 氯乙醒、苯乙酬、过氧化二苯甲酯、3-下締-2-酬、苯下酬、（S)-2-甲基-5-(1-甲基乙締 基）-2-环己締-1-酬、2-糞酪、1-漠糞、9, 10-二漠蔥、二漠乙烧、二氯甲烧、六漠苯、舰乙 烧、苯并化晚、PdClz、Pb、化CI2、化S〇4或化I，具体结构如下： [00对按照本专利技术，所述的电荷转移中间体加入到裡硫电池中的方式没有特殊限制，优 选将将电荷转移中间体直接添加到正极材料或正极粘合剂中，或者将电荷转移中间体直接 添加到裡硫电池的电解液中。 按照本专利技术，将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改善锂硫电池低温性能的方法，其特征在于，包括：在锂硫电池中加入电荷转移中间体，所述的电荷转移中间体的氧化还原电位值介于锂和硫的氧化还原电位值的中间。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姚玉洁，路崎，高红，王献红，王佛松，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22