一种电解液及其制备方法以及一种锂硫电池技术

本发明专利技术提供一种电解液及其制备方法，和采用该电解液制备的锂硫电池。电解液包含电解质锂盐、非水有机溶剂和含醚基官能团的离子液体，使用含醚基官能团的离子液体作为溶剂，可以显著降低电解液的蒸汽压，改善电解液的阻燃性能，醚基官能团的存在有利于提高锂盐在电解液中的溶解性和解离度。

An electrolyte and its preparation method and a lithium sulfur battery

【技术实现步骤摘要】
一种电解液及其制备方法以及一种锂硫电池
本专利技术涉及锂电池电极材料制备领域，具体涉及一种电解液及其制备方法，和采用该电解液制备的一种锂硫电池。
技术介绍
随着紧凑便携式电子产品设备和动力电池的快速发展，对高能量密度电池的需求日益增加。单质硫具有较高的理论比容量(1675mAh/g)和比能量(2600Wh/kg)，是传统锂离子电池理论能量密度的5倍以上，目前所开发的锂硫电池的实际能量密度为400～600Wh/kg，是商业锂离子电池实际能量密度的2～3倍。作为正极材料的单质硫还具有自然储量丰富，价格低廉，环境友好等优点。锂硫电池体系也是当下学术界广泛研究的焦点，一般认为，锂硫电池存在的主要问题在于:1)单质硫的电子电导率较低。2)充放电过程中产生的Sxn-阴离子具有较强的亲核能力，其与碳酸酯、LiPF6等溶剂或者电解质材料之间存在相互作用，所以传统锂离子电池电解液不适合于锂硫电池体系，3)充放电过程中产生的多硫化物(Li2Sx)(x＝4～8)会逐渐溶解到电解液中并在正、负极之间穿梭，从而造成正极活性物质的损失，同时这也是锂硫电池库伦效率低、容量衰减快的重要因素。4)采用金属锂作为负极，在长循环过程中存在锂枝晶的问题。为了解决锂硫电池上述的问题，目前的工作主要着重于正极材料的结构设计，即通过正极外围包覆聚合物或者使用添加剂来吸附形成的多硫化物从而达到对多硫化物的截留作用。锂硫电池电解液体系大多选择化学稳定性良好的三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)以及醚基(DME和DOL)溶剂，但是醚基溶剂具有较强的极性和给体数(DN)，对多硫化物的溶解性比较大，为了抑制溶剂对多硫化物的溶解性，有研究报道可以提高电解质盐的浓度来达到目的(L.Suo,etal.,NatureCommunication,2013)。另外也有报道选择固态电解质可以部分抑制枝晶的产生(X.Liang,etal.,JournalofPowerSources,2011,196,3655)，但是有机全固态电解质的电导率较低，导致电池在室温下难以大电流充放电。
技术实现思路
鉴于
技术介绍
所存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种用于锂硫电池的电解液以及包含该电解液的锂硫电池，该电解液可以有效抑制多硫化物在电解液中的溶解，可以在金属锂表面形成稳定的钝化膜，并且具有良好的阻燃性能，这些性质保证了锂硫电池具有良好的循环性能和安全性能。本专利技术的另一目的在于提供上述一种锂硫电池及其制备方法。本专利技术通过以下技术方案实现：一种电解液，包含电解质锂盐、非水有机溶剂和含醚基官能团的离子液体，所述的含醚基官能团离子液体的结构式为C+[A]-，其中阳离子C+的结构为如下之一：式中R1，R2，R3和R4相同或者不相同，且至少有一个取代基–(CH2CH2O)nCH3，其中n＝1～3；–(CH2CH2O)nCH3(n＝1～3)基团中，当n＝1时，–CH2CH2OCH3为甲基乙氧基，当n＝2时，–(CH2CH2O)2CH3为甲基二乙氧基，当n＝3时，–(CH2CH2O)3CH3为甲基三乙氧基；所述含醚基官能团离子液体占溶剂比例为5％～100％；电解质锂盐在电解液中的浓度为0.5～7mol/L。所述R1，R2，R3或R4为不含醚基的基团时，R1，R2，R3或R4的结构为–CnH2n+1，n＝1～4；醚基官能团离子液体化合物中阴离子A-为N[(V1SO2)(V2SO2)]-，其中V1、V2为CF3、C2F5、C3F7、C4F9、C6F13、C8F17、HCF2OCF2CF2CF2的任一种。所述含电解质锂盐包括主盐-全氟烷基磺酰亚胺锂，其中：全氟烷基磺酰亚胺锂的结构式为LiN[(T1SO2)(T2SO2)]，T1、T2为CF3、C2F5、C3F7、C4F9、C6F13、C8F17、HCF2OCF2CF2CF2的任一种。所述盐-全氟烷基磺酰亚胺锂在电解液中的浓度为0.5～5mol/L，优选为0.8～4mol/L。所述含电解质锂盐还包括辅盐，所述辅盐为LiDFOB、LiBOB的至少一种。所述辅盐在电解液中的浓度为0～2mol/L，优选为0.1～0.5mol/L。所述非水有机溶剂包括醚类溶剂，所述醚类溶剂包括二氧五环、1，3-二氧六环、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚或四乙二醇二甲醚的一种以上。所述含醚基官能团离子液体占溶剂比例为10～60％。一种电解液制备方法，将电解质锂盐溶解到非水有机溶剂和含醚基官能团的离子液体中，充分搅拌均匀，制得电解液。一种锂硫电池，包括正极片、负极片、隔膜以及本专利技术制备的电解液。本专利技术的优点在于：(1)使用含醚基官能团的离子液体作为溶剂，可以显著降低电解液的蒸汽压，改善电解液的阻燃性能，醚基官能团的存在有利于提高锂盐在电解液中的溶解性和解离度。(2)使用离子液体作为溶剂，并适当提高锂盐的浓度，可以有效抑制多硫化物的溶解性，改善电池的库伦效率和容量保持率。(3)离子液体复合有机溶剂使用时，可以在不改变电解液安全性能的基础上，通过调节有机溶剂的比例调控电解液的粘度和浸润性等，以满足用于动力电池体系的倍率要求。具体实施方式下面通过示例性的实施例具体说明本专利技术。应当理解，本专利技术的范围不应局限于实施例的范围。任何不偏离本专利技术主旨的变化或改变能够为本领域的技术人员所理解。本专利技术的保护范围由所附权利要求的范围确定。实施例1一、电解质材料的制备全氟烷基磺酰亚胺锂参考文献制备。含醚基官能团离子液体参考文献制备。二、电解液的制备在氩气氛围的手套箱中(H2O<1ppm)，将1M三氟甲基磺酰亚胺锂溶解到N，N-二乙基-N，N-二(甲氧基乙基)铵-三氟甲基磺酰亚胺盐中，充分搅拌均匀，即得到本专利技术所述的锂硫电池电解液(游离酸<5ppm，水分<10ppm)。三、锂硫电池的制备将硫基正极极片、隔离膜、金属锂片放置于电池壳中，滴加本实施例所配制的电解液，经封口后制备得到CR2025扣式电池。四、电解液阻燃性能的测试方法取等重量的玻璃棉浸于电解液中10分钟，然后用镊子取出，靠近点火器火焰，停留2s，再移开火焰，观察现象并记录自熄灭时间，自熄灭时间在20s以内判定为阻燃。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电解液，包含电解质锂盐、非水有机溶剂和含醚基官能团的离子液体，所述的含醚基官能团离子液体的结构式为C+[A]‑，其中阳离子C+的结构为如下之一：

【技术特征摘要】
1.一种电解液，包含电解质锂盐、非水有机溶剂和含醚基官能团的离子液体，所述的含醚基官能团离子液体的结构式为C+[A]-，其中阳离子C+的结构为如下之一：式中R1，R2，R3和R4相同或者不相同，且至少有一个取代基为–(CH2CH2O)nCH3，其中n＝1～3；–(CH2CH2O)nCH3(n＝1～3)基团中，当n＝1时，–CH2CH2OCH3为甲基乙氧基，当n＝2时，–(CH2CH2O)2CH3为甲基二乙氧基，当n＝3时，–(CH2CH2O)3CH3为甲基三乙氧基；所述含醚基官能团离子液体占溶剂比例为5％～100％；电解质锂盐在电解液中的浓度0.5～7mol/L。2.根据权利要求1所述的电解液，所述R1，R2，R3或R4为不含醚基的基团时，R1，R2，R3或R4的结构为–CnH2n+1，n＝1～4；醚基官能团离子液体化合物中阴离子A-为N[(V1SO2)(V2SO2)]-，其中V1、V2为CF3、C2F5、C3F7、C4F9、C6F13、C8F17、HCF2OCF2CF2CF2的任一种。3.根据权利要求1所述的电解液，所述含电...

【专利技术属性】
技术研发人员：盖浩然，
申请(专利权)人：青岛东浩软件科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37