一种锂硫二次电池电解液的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锂硫二次电池电解液的制备方法，将含锂阳离子的无机盐或有机盐作为电解质加入到有机溶剂中，恒温搅拌使其充分溶解，控制电解质浓度在0.01-6 mol/L范围内，将单质硫和单质锂加入到上述有机溶剂中，恒温搅拌使其充分反应溶解，静置后取上清液作为电解液。本发明专利技术配置的电解液能够稳定存在于电池正负极之间，具有高的锂离子浓度、高的电导率、能充分利用正负极活性物质，并可以使锂硫电池的循环性能和库伦效率得到显著提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电化学
，具体涉及一种锂硫二次电池电解液的制备方法。
技术介绍
全球能源与环境的严峻形势，特别是国际金融危机对汽车产业的巨大冲击，推动世界各国加快交通能源战略转型，掀起了新能源汽车发展新一轮热潮。国际金融危机给汽车产业带来了巨大影响，全球汽车产业格局正面临重大重构，汽车产品将向安全、环保、节能方向迈进，“新能源汽车”也随之成为业界关注重点，新能源汽车成了各国竞相研发的目标和追求，新能源汽车开发的最大瓶颈就是车载动力电池，而锂硫电池是最有前途的动力电池。锂硫电池是指采用硫或含硫化合物作为正极，锂或储锂材料为负极，以硫-硫键的断裂、生成来实现电能与化学能相互转换的一类电池体系。单质硫作为锂硫二次电池正极材料的理论比容量高达1675mAh/g，与金属锂构成的二次电池体系理论比能量密度可达2600Wh/kg，是商业钴酸锂/石墨锂离子电池（理论能量密度360Wh/kg）的7倍，同时单质硫价格低廉、产量丰富、安全无毒、环境友好，故锂硫电池被认为是很有发展前景的新一代电池。虽然研究锂硫电池已经历经了几十年，并且在近10年间取得了许多成果，但离实际应用还有不小距离。开发锂硫电池的难度在于以下几点：(1)无论是“荷电态”的单质硫还是“放电态”的硫化锂，都是绝缘体，对传递电荷造成很大的困扰；(2)硫化锂可逆性差，很容易失去电化学活性；(3)反应过程中，正负极材料的体积变化巨大，反应中负极锂被消耗而使体积缩减，同时正极将膨胀，巨大的体积变化会破坏电极结构；(4)中间产物多硫化物易溶解在电解质中，并向负极迁移，造成活性物质损失和较大的能量损耗；(5)锂硫电池在充放电过程中生成多种中间产物，且多种化学反应伴随电化学反应同时发生，过程极其复杂，反应机理仍不明确。可见，开发锂硫电池的关键问题在于：首先要明确正极的反应过程，制备合适的正极材料；其次是选用合适的电解质体系；第三是保护负极，将负极的活性锂和反应生成的多硫化物有效隔离。硫正极在充放电过程中可能生成多达20种以上的中间产物，这些多硫化物均为直链构型，相互之间有复杂的转换关系。
技术实现思路
为弥补现有技术的不足，本专利技术提供一种循环性能好，库伦效率高的锂硫二次电池电解液的制备方法。本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种锂硫二次电池电解液的制备方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：（1）将含锂阳离子的无机盐或有机盐作为电解质加入到有机溶剂中，恒温搅拌使其充分溶解，控制电解质浓度在0.01-6mol/L范围内；（2）将单质硫和单质锂加入到步骤（1）中的有机溶剂中，恒温搅拌使其充分反应溶解，静置后取上清液作为电解液。本专利技术的锂硫二次电池电解液的制备方法，所述有机溶剂为二甲氧基乙烷、二氧戊环、乙二醇二甲醚、碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸乙烯酯（EC）、碳酸丙烯酯（PC）、碳酸甲乙烯酯（EMC）、碳酸甲丙酯（MPC），碳酸甲异丙酯（MiPC）、碳酸丁烯酯、1，2-二甲基乙烯碳酸酯、碳酸甲丁酯、碳酸二丁酯、氯代乙烯碳酸酯、三氟甲基碳酸乙烯酯、碳酸二正丙酯、碳酸二异丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙丙酯、碳酸乙异丙酯中的一种或几种。本专利技术的锂硫二次电池电解液的制备方法，步骤（1）中所述含锂阳离子的无机盐或有机盐为LiPF6、LiClO4、LiAsF6、LiBF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、LiNO3中的一种或几种。进一步，本专利技术的锂硫二次电池电解液的制备方法，所述步骤（1）和步骤（2）的操作环境为惰性气氛环境，优选为氩气气氛，环境中的水含量和氧含量都不高于10ppm。进一步，本专利技术的锂硫二次电池电解液的制备方法，所述步骤（1）和步骤（2）中恒温搅拌温度不高于70℃，优选5-70℃，搅拌时间不少于1h，优选2h以上。进一步，本专利技术的锂硫二次电池电解液的制备方法，步骤（2）中所述单质硫为升华硫或沉淀硫中的一种，所述单质锂为粉末或碎屑，纯度不低于90%；有机溶剂中单质锂的浓度不高于20g/L。进一步，本专利技术的锂硫二次电池电解液的制备方法，实验制备所用的单质锂和单质硫的质量比在1:1-1:20之间。本专利技术的有益效果是：本专利技术的锂硫二次电池电解液制备方法简单，配置的电解液能够稳定存在于电池正负极之间，具有高的锂离子浓度、高的电导率、能充分利用正负极活性物质，并可以使锂硫电池的循环性能和库伦效率得到显著提高。附图说明附图1为本专利技术实施例1中的锂硫电池的循环性能及容量保持率示意图。附图2为本专利技术对比例1中的锂硫电池的循环性能及容量保持率示意图。附图3为本专利技术实施例2中的锂硫电池的循环性能及容量保持率示意图。附图4为本专利技术实施例3中的锂硫电池的循环性能及容量保持率示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。实施例1取0.13g石墨烯和0.87g升华硫、0.09g聚偏氟乙烯（PVDF），8mLN-甲基吡咯烷酮（NMP）和20g磨珠一起放入球墨罐中，在球磨机上以350r/min的转速球磨4h，得到正极浆料。将调好的浆料用涂膜器以200μm厚度均匀的涂在铝箔上，并置入真空烘箱中，在真空状态、60℃下烘20h。按体积比量取二甲氧基乙烷和二氧戊环各10ml混合均匀，称取1mol/L的LiN(CF3SO2)2加入二甲氧基乙烷和二氧戊环的混合液中，充分搅拌溶解，之后加入0.5g单质硫和0.05g单质锂，60℃下搅拌36h，取上清液作为电解液，烘干的极片做正极片，以金属锂片为负极组装成扣式电池，进行0.2C倍率的循环充放电测试。初始开路电压为2.3V，循环初期比容量达到1500mAh/g，容量保持率接近100%，循环100次后比容量为1100mAh/g。对比例1按体积比量取二甲氧基乙烷和二氧戊环各10ml混合均匀，称取1mol/L的LiN(CF3SO2)2充分搅拌溶解。使用正极片、负极片和该电解液以及隔膜组装成扣式电池，在室温下进行充放电测试。初始开路电压为2.3V，首次放电比容量达到800mAh/g，容量保持率为98%，循环100次后比容量为300mAh/g。实施例2取0.13g石墨烯和0.87g升华硫、0.09g聚偏氟乙烯（PVDF），8mLN-甲基吡咯烷酮（NMP）和20g磨珠一起放入球墨罐中，在球磨机上以350r/min的转速球磨4h，得到正极浆料。将调好的浆料用涂膜器以200μm厚度均匀的涂在铝箔上，并置入真空烘箱中，在真空状态、60℃下烘20h。按体积比量取二甲氧基乙烷和二氧戊环各10ml混合均匀，称取1mol/L的LiN(CF3SO2)2加入二甲氧基乙烷和二氧戊环的混合液中，充分搅拌溶解，之后加入0.5g单质硫和0.05g单质锂，35℃下搅拌36h，取上清液作为电解液，烘干的极片做正极片，以金属锂片为负极组装成扣式电池，进行0.2C倍率的循环充放电测试。初始开路电压为2.3V，循环初期比容量达到1500mAh/g，容量保持率接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂硫二次电池电解液的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）将含锂阳离子的无机盐或有机盐作为电解质加入到有机溶剂中，恒温搅拌使其充分溶解，控制电解质浓度在0.01‑6 mol/L范围内；（2）将单质硫和单质锂加入到步骤（1）中的有机溶剂中，恒温搅拌使其充分反应溶解，静置后取上清液作为电解液。

【技术特征摘要】
1.一种锂硫二次电池电解液的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将含锂阳离子的无机盐或有机盐作为电解质加入到有机溶剂中，恒温搅拌使其充分溶解，控制电解质浓度在0.01-6mol/L范围内；
（2）将单质硫和单质锂加入到步骤（1）中的有机溶剂中，恒温搅拌使其充分反应溶解，静置后取上清液作为电解液。
2.根据权利要求1所述的一种锂硫二次电池电解液的制备方法，其特征在于：所述有机溶剂为二甲氧基乙烷、二氧戊环、乙二醇二甲醚、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸甲异丙酯、碳酸丁烯酯、1，2-二甲基乙烯碳酸酯、碳酸甲丁酯、碳酸二丁酯、氯代乙烯碳酸酯、三氟甲基碳酸乙烯酯、碳酸二正丙酯、碳酸二异丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙丙酯、碳酸乙异丙酯中的一种或几种。
3.根据权利要求1或2所述的一种锂硫二次电池电解液的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述含锂阳离子的无机盐或有机盐为LiPF6、LiClO4、LiAsF6、LiBF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、...

【专利技术属性】
技术研发人员：文怀梁，陈欣，侯文荣，王春雨，李星，赵成龙，王瑛，
申请(专利权)人：山东玉皇新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37