一种含添加剂的锂硫电池电解液制造技术

本发明专利技术涉及一种含添加剂的锂硫电池电解液，电解液组成包括：1)作为电解液的添加剂：一种或者二种以上的表面活性剂；所述的表面活性剂于电解液中浓度为0.01-10摩尔/升；2)作为电解液的溶质：一种或者二种以上的锂盐；所述的锂盐于电解液中浓度为0.1-10摩尔/升；3)作为电解液的溶剂：直链醚类化合物中的一种或者二种以上。电解液对隔膜以及电极具有优异的浸润性，电池内阻低，锂硫电池的循环稳定性好，充放电倍率高等优点。

Lithium sulfur battery electrolyte containing additive

The invention relates to a lithium sulfur battery electrolyte additive, electrolyte composition includes: 1) as an electrolyte additive: one or more than two kinds of surface active agent; the surfactant in the electrolyte concentration of 0.01-10 mol / L; 2) as the electrolyte solute: one or two kinds of lithium salts above; the lithium salt in the electrolyte concentration of 0.1-10 mol / L; 3) as electrolyte solvent: straight chain ether compounds in one or more than two. The electrolyte has excellent wettability to the diaphragm and the electrode, the internal resistance of the battery is low, and the cycling stability of the lithium sulfur battery is good, and the charging and discharging rate is high.

【技术实现步骤摘要】
一种含添加剂的锂硫电池电解液
本专利技术涉及锂硫电池领域，具体地说，涉及的锂硫电池包括负极金属锂、含硫元素正极、隔膜以及电解质溶液。
技术介绍
近几十年来，锂离子电池的商业化，极大地促进了电子设备如手机、笔记本等的在生活中的广泛应用。但是锂离子电池的能量密度的普遍不高，这也限制了其在电动车、大规模储能等方面的应用。因此，人们正着手开发更高比容量的电池，如锂空、锂硫电池。其中锂硫电池更接近商业化。硫的理论比能量密度为2500Whkg-1，2800WhL-1。而且硫价格便宜、资源丰富、环境友好，因为锂硫电池有希望成为下一代商业化电池。研究发现，目前锂硫电池的主要问题是容量衰减。电池容量衰减的原因有：(1)穿梭效应。电池在充电时，溶解在电解液里的长链多硫根离子能逐渐扩散到负极，并被还原成短链多硫根离子，接着一部分短链多硫根离子重新迁移扩散到正极，再被还原成长链多硫根离子。这样反复的过程即为“穿梭效应”；(2)扩散到负极的多硫根离子可能会被进一步还原成不易溶解的硫化锂或硫化二锂。这样不但造成活性物质的损失，而且会阻止锂离子的传导，电池极化严重；(3)电池的活性物质硫或者硫化锂在正极的不可逆沉积也是电池容量衰减的原因之一。综上所述，多硫化物的无序扩散是电池容量衰减的根本原因。为了解决上述问题，人们主要从三个方面对电池进行研究。1)、正极材料方面，将炭与硫通过物理方法或者化学方法进行包覆混合而阻止多硫化物向负极扩散。2)、电解质方面，通过减少多硫化物在电解液中的溶解扩散。3)、负极方面，通过在电解液中添加物质，使其在负极表面形成保护膜的方法抑制多硫化物的穿梭效应。YuriyV.Mikhaylik等(Pub.No.:US2011/0059350Al)提出了硝酸盐能够抑制多硫化物的穿梭。其作用机理是在锂片负极表面形成保护膜，有效提高了电池的库仑效率。进而提高电池的容量稳定性。ZhanLin等(Adv.Funct.Mater.2012.DOI:10.1002/adfm.201200696)提出了在电解液中添加五硫化磷，不但能在锂片负极表面形成保护膜，而且能溶解不可逆沉积的硫化锂，电池稳定性有一定提高，但是五硫化磷对多硫化物的溶解也可能增加电池的“飞梭”效应。最近L.F.Nazar等[EnergyEnviron.Sci.DOI:10.1039/c4ee00372a]发现了一类对多硫化物完全不溶解液的电解液。尽管电池的放电平台比常用的DME/DOL类型的电解液，但是电池的容量稳定性却要好于后者。但是文章在电解液中添加了大量的LiTFSI锂盐，这样将大幅增加电池的价格，对电池的商业化不利。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供了一种用于锂硫电池的电解质溶液。此电解液对隔膜以及电极具有优异的浸润性，电池内阻低，锂硫电池的循环稳定性好，充放电倍率高等优点。为达到上述目的,本专利技术采用的具体方案如下:所述锂硫电池电解液组成包括：1)作为电解液的添加剂：一种或者二种以上的表面活性剂；所述的表面活性剂于电解液中浓度为0.01-10摩尔/升；2)、作为电解液的溶质：一种或者二种以上的锂盐；所述的锂盐于电解液中浓度为0.1-10摩尔/升；3)、作为电解液的溶剂：直链醚类化合物中的一种或者二种以上。所述的表面活性剂于电解液中浓度优选的是0.1-3摩尔/升；所述的锂盐于电解液中浓度优选的是0.2-3摩尔/升。所述电解液中还添加有环状醚类化合物中的二氧六环、二氧戊环、四氢呋喃中的一种或者二种以上，其与直链醚类化合物共同作为电解液的溶剂，环状醚类化合物与直链醚类化合物的体积比1：20-20：1。所述的表面活性剂可为以下结构的一种或者二种以上：m,n,p,q为1-50之间的正整数，其中较优选的是m＝5-20，n＝4-20，p＝10-30，q＝5-25。所述的锂盐包括以下中的一种或者二种以上：LiN(SO3CF3)2、LiN(SO3CF2CF3)2、LiSO3CF3、LiBr、LiI、LiPF6、LiBOB；其中优选的是LiN(SO3CF3)2、LiSO3CF3、LiBOB中的一种或者二种以上。所述的直链醚类化合物的结构式为：t＝1-20正整数，其中优选的是t＝1-4正整数。本专利技术提供的电解液的有益效果是：电解液中的表面活性剂具有与隔膜性质接近的脂肪链，有利于对隔膜、电极的浸润的同时，表面活性剂也具有聚乙二醇以及季铵亚胺离子基团，也保证了表面活性剂的充分溶解以及对多硫化锂的有效调控，进而提高了电池的循环稳定性以及倍率性能。电解液对隔膜以及电极具有优异的浸润性，电池内阻低，锂硫电池的循环稳定性好，充放电倍率高等优点。具体实施方式下面通过实施例来进一步阐述本专利技术，而不是限制本专利技术。所用的表面活性剂例如下所示。这是所用的表面活性剂的举例，但不限于此。实施例1电解质溶液组成：表面活性剂为表面活性剂(1)(如式1所示)，其中m＝8，n＝6，浓度为1mol/L；锂盐为LiN(SO3CF2CF3)2，浓度为1mol/L；溶剂如式2所示，其中t＝4。锂硫电池的负极是厚度为50微米的锂箔，正极采用以下方法制备：30质量份数的SuperP炭、60质量份数的单质硫、10质量份数(固含量)的丁腈橡胶乳液共混，涂覆到铝箔上。烘干后正极活性层中的硫含量为1.5毫克/平方厘米。将上述的组件以正极/隔膜/负极的层状结构组装在一起，并按照30微升/每平方厘米正极面积添加电解液后密封。静止5小时后，相对于正极活性物质硫的质量，分别以0.1C、1C进行电池充放电。充电的截止电压为2.8V，放电的截止电压为1.5V。进行100次循环。考察电池最初比容量，100次循环后比容量以及电池库仑效率。实验结果如表1所示。对比例电解质溶液组成：锂盐为LiN(SO3CF3)2，浓度为1mol/L；溶剂如式2所示，其中t＝4。锂硫电池的负极是厚度为50微米的锂箔，正极采用以下方法制备：30质量份数的SuperP炭、60质量份数的单质硫、10质量份数(固含量)的丁腈橡胶乳液共混，涂覆到铝箔上。烘干后正极活性层中的硫含量为1.5毫克/平方厘米。将上述的组件以正极/隔膜/负极的层状结构组装在一起，并按照30微升/每平方厘米正极面积添加电解液后密封。静止5小时后，相对于正极活性物质硫的质量，分别以0.1C、1C进行电池充放电。充电的截止电压为2.8V，放电的截止电压为1.5V。进行100次循环。考察电池最初比容量，100次循环后比容量以及电池库仑效率。实验结果如表1所示。实施例2电解质溶液组成：表面活性剂为表面活性剂(2)(如式1所示)，其中p＝12，q＝6，浓度为1mol/L；锂盐为LiN(SO3CF2CF3)2，浓度为1mol/L；溶剂如式2所示，其中t＝2。锂硫电池的负极是厚度为50微米的锂箔，正极采用以下方法制备：30质量份数的SuperP炭、60质量份数的单质硫、10质量份数(固含量)的丁腈橡胶乳液共混，涂覆到铝箔上。烘干后正极活性层中的硫含量为1.5毫克/平方厘米。将上述的组件以正极/隔膜/负极的层状结构组装在一起，并按照30微升/每平方厘米正极面积添加电解液后密封。静止5小时后，相对于正极活性物质硫的质量，分别以0.1C、1C进行电池充放电。充电的截止电压为2.8V，放电的截止电压为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含添加剂的锂硫电池电解液，其特征在于：所述锂硫电池电解液组成包括：1)作为电解液的添加剂：一种或者二种以上的表面活性剂；所述的表面活性剂于电解液中浓度为0.01‑10摩尔/升；2)作为电解液的溶质：一种或者二种以上的锂盐；所述的锂盐于电解液中浓度为0.1‑10摩尔/升；3)作为电解液的溶剂：直链醚类化合物中的一种或者二种以上。

【技术特征摘要】
1.一种含添加剂的锂硫电池电解液，其特征在于：所述锂硫电池电解液组成包括：1)作为电解液的添加剂：一种或者二种以上的表面活性剂；所述的表面活性剂于电解液中浓度为0.01-10摩尔/升；2)作为电解液的溶质：一种或者二种以上的锂盐；所述的锂盐于电解液中浓度为0.1-10摩尔/升；3)作为电解液的溶剂：直链醚类化合物中的一种或者二种以上。2.按照权利要求1所述锂硫电池电解液，其特征在于：所述的表面活性剂于电解液中浓度优选的是0.1-3摩尔/升；所述的锂盐于电解液中浓度优选的是0.2-3摩尔/升。3.按照权利要求1或2所述锂硫电池电解液，其特征在于：所述电解液中还添加有环状醚类化合物中的二氧六环、二氧戊环、四氢呋喃中的一种或者二种以上，其与直链醚类化合物共同作为电解液的溶剂，环状醚...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲超，张华民，张洪章，李先锋，王美日，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21