锂硫电池用电解液和包含该电解液的锂硫电池制造技术

本发明专利技术涉及锂硫电池用电解液和包含所述电解液的锂硫电池。本发明专利技术的锂硫电池用电解液显示优异的稳定性，并且可以通过抑制锂硫电池运行期间的气体产生来改善膨胀现象。

Electrolyte for lithium sulfur battery and lithium sulfur battery containing the electrolyte

The invention relates to an electrolyte for lithium sulfur batteries and a lithium sulfur battery containing the electrolyte. The electrolyte used for the lithium sulfur battery displays excellent stability, and the expansion phenomenon can be improved by inhibiting the gas generation during the operation of the lithium sulfur battery.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】锂硫电池用电解液和包含该电解液的锂硫电池
本申请要求于2016年2月3日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2016-0013248号和于2017年1月17日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2017-0008309号的优先权和权益，并通过引用的方式将其全部内容并入本文中。本专利技术涉及锂硫电池用电解液和包含该电解液的锂硫电池。
技术介绍
近来，随着便携式电子设备、电动车辆和大容量电力存储系统的发展，出现了对大容量电池的需求。锂硫电池为使用具有硫-硫键(S-S键)的硫系物质作为正极活性物质并使用锂金属作为负极活性物质的二次电池，且作为正极活性物质的主要材料的硫具有资源非常丰富、无毒和原子量低的优点。另外，锂硫电池的理论放电容量为1672mAh/g-硫，理论能量密度为2600Wh/kg，与目前研究的其它电池系统的理论能量密度(Ni-MH电池：450Wh/kg，Li-FeS电池：480Wh/kg，Li-MnO2电池：1000Wh/kg，Na-S电池：800Wh/kg)相比非常高，因此锂硫电池作为具有高能量密度特性的电池而备受关注。然而，由于硫的利用率低因而不能确保像理论容量那样的足够容量，以及由于锂金属电极的枝晶形成而造成的电池短路问题，锂硫电池至今尚未商业化。鉴于上述情况，为了解决这些问题，已经开发了硫浸渗量增加的正极材料、能够提高硫利用率的电解液等。作为锂硫电池的电解液溶剂，目前最常使用1,3-二氧戊环(DOL)和1,2-二甲氧基乙烷(DME)的混合溶剂。使用所述溶剂的电解液在硫利用率方面具有优异的性质。然而，根据本专利技术的专利技术人的试验结果，观察到在使用所述电解液的电池运行的同时在内部产生气体并且电池膨胀的膨胀现象。这样的膨胀现象引起电解液损耗和电池变形，并且还引起活性物质从电极脱离而导致电池性能下降的问题。由电池内部产生气体引起的这样的膨胀现象的原因和发生机理尚未确定，因此也没有对策。[现有技术文献]美国专利第6218054号，Dioxolaneanddimethoxyethaneelectrolytesolventsystem(二氧戊环和二甲氧基乙烷电解质溶剂体系)
技术实现思路
【技术问题】鉴于以上所述，本专利技术的专利技术人研究了锂硫电池的电解液溶剂组成，结果完成了本专利技术。因此，本专利技术的一个方面提供显著减少电池运行期间的气体产生量的锂硫电池用电解液。本专利技术的另一方面提供包含所述电解液的锂硫电池。【技术方案】根据本专利技术的一个方面，提供锂硫电池用电解液，其包含锂盐和非水溶剂，其中所述非水溶剂包含在分子结构中包含一个氧的环状醚；以及由下面的化学式1表示的线性醚：[化学式1]R-O-(CH2CH2O)x-CH2CH3(在化学式1中，R和x与说明书中所说明的相同。)在此，所述环状醚可以为未取代的或被C1-C4的烷基或烷氧基取代的五元环状醚至七元环状醚，并且优选可以为未取代的或被C1-C4的烷基或烷氧基取代的四氢呋喃或四氢吡喃。在此，化学式1中的R可以为甲基、乙基、丙基、异丙基或丁基。在此，所述环状醚与所述线性醚的体积比可以为5:95至95:5，并优选为30:70至70:30。在此，所述锂盐可以为选自由LiCl、LiBr、LiI、LiClO4、LiBF4、LiB10Cl10、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiC4BO8、LiAsF6、LiSbF6、LiAlCl4、CH3SO3Li、CF3SO3Li、(CF3SO2)2NLi、(C2F5SO2)2NLi、(SO2F)2NLi、(CF3SO2)3CLi、氯硼烷锂(chloroboranelithium)、低级脂族羧酸锂、四苯基硼酸锂、酰亚胺锂及其组合构成的组中的一种。本专利技术的电解液可以还包含在分子中具有N-O键的添加剂。在此，所述添加剂可以为选自由硝酸锂、硝酸钾、硝酸铯、硝酸钡、硝酸铵、亚硝酸锂、亚硝酸钾、亚硝酸铯、亚硝酸铵、硝酸甲酯、硝酸二烷基咪唑盐、硝酸胍、硝酸咪唑盐、硝酸吡啶盐、亚硝酸乙酯、亚硝酸丙酯、亚硝酸丁酯、亚硝酸戊酯、亚硝酸辛酯、硝基甲烷、硝基丙烷、硝基丁烷、硝基苯、二硝基苯、硝基吡啶、二硝基吡啶、硝基甲苯、二硝基甲苯、吡啶N-氧化物、烷基吡啶N-氧化物和四甲基哌啶氧自由基构成的组中的一种或多种。在此，基于100重量％的电解液，可以包含0.01重量％至10重量％的所述添加剂。根据本专利技术的另一个方面，提供包含所述电解液的锂硫电池。【有益效果】本专利技术的锂硫电池用电解液具有优异的稳定性并且在电池运行期间具有明显少的气体产生量。结果，可以改善电池的膨胀现象。附图说明图1为显示实验例1的气体产生量的图。图2为实验例2的电池寿命特性的比较图。具体实施方式以下，将参考附图详细说明本专利技术的实施方式以使得本领域技术人员可以容易地实施本专利技术。然而，本专利技术可以用各种不同的形式实施，并且不限于在此说明的实施例。锂硫电池用电解液为了改善锂硫电池运行期间由产生的气体例如氢气所引起的膨胀现象，本专利技术提供锂硫电池用电解液，其包含在分子结构中包含1个氧的环状醚和由下面化学式1表示的线性醚作为电解液溶剂。[化学式1]R-O-(CH2CH2O)x-CH2CH3(在化学式1中，R为C1至C6烷基或C6至C12芳基，并且x为1或2。)作为锂硫电池的电解液溶剂，目前最广泛使用的溶剂为1,3-二氧戊环(DOL)和1,2-二甲氧基乙烷(DME)的混合溶剂。使用DOL和DME的混合溶剂提高了硫利用率，并且在电池容量方面获得了优异的结果。当用于小型电池时，使用所述混合溶剂的电解液通常在电池容量、电池寿命和电池效率方面显示优异的性能，然而当用于大型电池例如大面积袋型电池时，在电池运行期间在电池内产生大量的气体例如氢气、甲烷和乙烯，并且观察到造成电池膨胀的膨胀现象。鉴于上述问题完成了本专利技术，并且本专利技术的电解液通过包含特定含量比的所述环状醚溶剂和所述线性醚溶剂而显示改善的稳定性，并且当用于锂硫电池时，在电池运行期间显著减少气体例如氢气的产生。如下文的实验例所示，本专利技术的电解液在用于锂硫电池时，电池运行后测量的电池内的气体产生量为300μL以下，且优选100μL以下。在此，所述值越小意味着气体产生量越少，并且这样的气体产生减少是几乎没有电池膨胀的膨胀现象的值，以及即使当发生膨胀现象时也不显著影响电池稳定性的值。换句话说，当与本领域中使用的不同电解液(参考比较例1)中约500μL的气体产生相比时，在使用本专利技术提供的电解液时，气体产生量显著低，因此，可以提高电池稳定性，并且可以克服由膨胀现象引起的电池性能下降和由电池变形引起的品质下降的问题。本说明书中提到的C1至C6烷基的例子可以包括甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基或它们的异构体。在此，所述异构体包括具有相同碳原子数但具有不同碳键合关系的结构异构体和具有键的几何位置差异的立体异构体。另外，本说明书中提到的C6至C12芳基的例子可以包括未被取代或被C1至C6烷基取代的苯基或萘基。在分子结构中包含一个氧的环状醚为未取代的或被烷基取代的五元以上的环状醚，并且优选为未取代的或被C1-C4的烷基或烷氧基取代的五元环状醚至七元环状醚，并且更优选为未取代的或被C1-C4的烷基或烷氧基取代的四氢呋喃或四氢吡喃。其非限制性例子可以包括四氢呋喃、2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂硫电池用电解液，其包含：锂盐；和非水溶剂，其中所述非水溶剂包含在分子结构中包含一个氧的环状醚；以及由下面的化学式1表示的线性醚：[化学式1]R‑O‑(CH2CH2O)x‑CH2CH3在化学式1中，R为C1至C6烷基或C6至C12芳基，并且x为1或2。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.03 KR 10-2016-0013248;2017.01.17 KR 10-2011.一种锂硫电池用电解液，其包含：锂盐；和非水溶剂，其中所述非水溶剂包含在分子结构中包含一个氧的环状醚；以及由下面的化学式1表示的线性醚：[化学式1]R-O-(CH2CH2O)x-CH2CH3在化学式1中，R为C1至C6烷基或C6至C12芳基，并且x为1或2。2.根据权利要求1所述的锂硫电池用电解液，其中，所述环状醚为未取代的或被C1-C4的烷基或烷氧基取代的五元环状醚至七元环状醚。3.根据权利要求1所述的锂硫电池用电解液，其中，所述环状醚为未取代的或被C1-C4的烷基或烷氧基取代的四氢呋喃或四氢吡喃。4.根据权利要求1所述的锂硫电池用电解液，其中，所述R为甲基、乙基、丙基、异丙基或丁基。5.根据权利要求1所述的锂硫电池用电解液，其中，所述环状醚与所述线性醚的体积比为5:95至95:5。6.根据权利要求1所述的锂硫电池用电解液，其中，所述环状醚与所述线性醚的体积比为30:70至70:30。7.根据权利要求1所述的锂硫电池用电解液，其中，所述锂盐包括选自由LiCl、LiBr、LiI、LiClO4、LiBF4、LiB10Cl10、LiPF6、LiCF3S...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴寅台，洪性源，宋祈锡，玉裕和，梁斗景，李昌勋，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国,KR