本发明专利技术涉及包含聚多巴胺的电解液和包含所述电解液的锂硫电池，并且更具体地涉及包含在电解液中的聚多巴胺吸附从锂硫电池的正极溶出的多硫化锂的技术。当使用本发明专利技术的其中添加了聚多巴胺粒子的电解液时，分散在所述电解液中的所述聚多巴胺粒子起到吸附在充放电过程中从正极溶出的多硫化锂的作用，由此能够抑制其扩散，即抑制穿梭反应，从而改善所述锂硫电池的容量和寿命特性。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】含聚多巴胺的电解液和包含所述电解液的锂硫电池
本申请要求于2016年5月2日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2016-0054164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。本专利技术涉及包含聚多巴胺的电解液和包含所述电解液的锂硫电池，并且特别地涉及包含在电解液中的聚多巴胺吸附从锂硫电池的正极溶出的多硫化锂的技术。
技术介绍
近年来，随着电子产品、电子设备、通信设备等快速地变得越来越小且越来越轻，并且考虑到环境问题而迫切需要电动车辆，因此对改善用作这些产品的电源的二次电池的性能的要求大大增加。其中，锂二次电池由于其高能量密度和高标准电极电位而作为高性能电池受到极大关注。特别地，锂硫(Li-S)电池是使用具有硫-硫(S-S)键的硫系材料作为正极活性材料并使用锂金属作为负极活性材料的二次电池。作为正极活性材料的主要材料的硫具有资源非常丰富、无毒且原子量低的优势。此外，锂硫电池的理论放电容量为1675mAh/g-硫且理论能量密度为2600Wh/kg，这与目前研究的其他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)相比是非常高的，因此是迄今开发的电池中最有前景的电池。在锂硫(Li-S)电池的放电反应期间，在负极(阳极)中发生锂的氧化反应，并且在正极(阴极)中发生硫的还原反应。硫在放电之前具有环状的S8结构，并且使用氧化还原反应来储存和产生电能，其中在还原反应(放电)期间S的氧化数随S-S键的断裂而降低，并且在氧化反应(充电)期间S的氧化数随S-S键的再次形成而升高。在这样的反应期间，通过还原反应将硫从环状的S8转化成线性结构的多硫化锂(Li2Sx，x＝8、6、4和2)，结果，当这样的多硫化锂被完全还原时最终产生硫化锂(Li2S)。通过还原成各种多硫化锂的过程，锂硫(Li-S)电池的放电行为显示出与锂离子电池不同的阶段性的放电电压。在诸如Li2S8、Li2S6、Li2S4和Li2S2的多硫化锂中，具有高的硫氧化数的多硫化锂(Li2Sx，通常x>4)特别是容易溶解在亲水性电解液中。溶解在电解液中的多硫化锂由于浓度差而从生成了多硫化锂的正极扩散开。如上所述从正极溶出的多硫化锂被冲到正极反应区域之外，使得不能逐渐还原成硫化锂(Li2S)。换句话说，在正极和负极外部以溶解状态存在的多硫化锂不能参与电池的充放电反应，因此参与正极中的电化学反应的硫物质的量减少，结果，这成为引起锂硫电池的充电容量降低和能量减少的主要因素。此外，除了漂浮在或浸入电解液中的多硫化锂之外，扩散到负极的多硫化锂直接与锂反应并以Li2S的形式固定在负极表面上，这导致腐蚀锂金属负极的问题。为了使这样的多硫化锂的溶出最小化，一直在对改变用硫粒子填充各种碳结构的正极复合体的形态进行研究，然而，这样的方法在制备时是复杂的并且没有解决根本问题。
技术实现思路
技术问题如上所述，锂硫电池的问题在于，由于多硫化锂从正极中溶出并扩散，因此电池容量和寿命特性随着充放电循环的进行而下降。因此，本专利技术的一个方面提供抑制多硫化锂的溶出和扩散的锂硫电池用电解液。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。技术方案根据本专利技术的一个方面，提供包含聚多巴胺的锂硫电池用电解液。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。有益效果当使用本专利技术一个方面的添加了聚多巴胺的电解液时，分散在电解液中的聚多巴胺粒子起到吸附在充放电期间从正极溶出的多硫化锂的作用，因此通过抑制多硫化锂的扩散即抑制穿梭反应，能够提高锂硫电池的容量和寿命特性。附图说明图1是本专利技术比较例1的用不含聚多巴胺粒子的电解液形成的锂硫电池的充放电曲线。图2是本专利技术实施例1的用包含0.1重量％聚多巴胺粒子的电解液形成的锂硫电池的充放电曲线。图3是本专利技术实施例2的用包含0.25重量％聚多巴胺粒子的电解液形成的锂硫电池的充放电曲线。图4是本专利技术实施例3的用包含0.5重量％聚多巴胺粒子的电解液形成的锂硫电池的充放电曲线。图5是本专利技术实施例4的用包含1.0重量％聚多巴胺粒子的电解液形成的锂硫电池的充放电曲线。图6是显示本专利技术的比较例1和实施例1～4的锂硫电池的与循环相关的放电循环性能的图。具体实施方式下文中，将参考附图对本专利技术的实施方案进行详细说明，以便本领域技术人员能够容易地实现本专利技术。然而，本专利技术可以以各种不同的形式来实现，并且不限于下面说明的实施方案。锂硫电池用电解液本专利技术公开了包含聚多巴胺的锂硫电池用电解液。具体地，本专利技术的锂硫电池用电解液是包含聚多巴胺的非水电解液，并通过包含聚多巴胺、锂盐和非水液体成分而形成。作为聚多巴胺的单体形式的多巴胺众所周知是神经递质，并且是在海中的贻贝中发现的3,4-二羟基-L-苯丙氨酸(L-DOPA)分子的仿制分子。特别地，通过多巴胺的氧化剂诱导的自聚合和电化学聚合而产生的聚多巴胺具有儿茶酚、胺和亚胺官能团，并且不仅在诸如生物材料或合成聚合物的有机物质中而且在诸如电池电极或隔膜的固体表面上形成非常强的键，因此可以实现表面重整、表面改性、自组装多层的形成、纳米复合薄膜的形成等。多巴胺的儿茶酚官能团在氧气存在下易于被氧化，并且可通过自聚合而形成聚多巴胺。具体地，多巴胺以溶解在价格低廉且环境友好的蒸馏水基缓冲液(10mM的三羟甲基氨基甲烷缓冲液)中、而不是溶解在价格昂贵且对环境不利的普通有机溶剂中的方式进行使用，这是因为如下原因：溶液需要稳定地保持在弱碱性(例如pH8.5)状态下以使多巴胺通过自发聚合形成聚多巴胺(来源于贻贝的聚合物)。在本专利技术中，这样的聚多巴胺优选以粒子形式包含在锂硫电池的电解液中。通过对其中溶解有多巴胺或其衍生物的混合溶液进行搅拌，然后对所得物进行洗涤并干燥，可以将这样的聚多巴胺粒子制备成粉末。在此，制备的聚多巴胺的平均粒径可以通过调节包含多巴胺的混合溶液的pH进行控制。作为一个实例，通过添加三羟甲基氨基甲烷(NH2C(CH2OH)3)或氢氧化钠(NaOH)，可以将聚多巴胺制备成具有100nm～800nm的粒径。更优选地，使用具有200nm～600nm平均粒径的粒子作为引入到本专利技术的锂硫电池用电解液中的聚多巴胺。当平均粒径小于200nm时，工艺条件是复杂的，并且当平均粒径大于600nm时，能够吸附多硫化锂的表面积减小，导致吸附效率降低的问题。基于全部电解液的总重量，优选包含0.1重量％～1.0重量％的聚多巴胺，当含量小于0.1重量％时，聚多巴胺吸附多硫化锂的效果可能得不到保证，而当含量大于1.0重量％时，聚多巴胺粒子起电阻的作用，导致电效率降低的问题。本专利技术的锂盐是易于溶解在非水有机溶剂中的材料，并且其实例可以包括选自由如下构成的组中的一种或多种：LiCl、LiBr、LiI、LiClO4、LiBF4、LiB10Cl10、LiB(Ph)4、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiAsF6、LiSbF6、LiAlCl4、LiSO3CH3、LiSO3CF3、LiSCN、LiC(CF3SO2)3、LiN(CF3SO2)2、LiNO3、氯硼烷锂、低级脂族羧酸锂、四苯基硼酸锂和亚氨基锂。根据各种因素如电解液混合本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种锂硫电池用电解液，所述电解液包含聚多巴胺。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.02 KR 10-2016-00541641.一种锂硫电池用电解液，所述电解液包含聚多巴胺。2.如权利要求1所述的锂硫电池用电解液，其中，所述聚多巴胺具有平均粒径为200nm～600nm的粒子形式。3.如权利要求1所述的锂硫电池用电解液，其中，基于全部电解液的总重量，包含0.1重量％～1.0重量％的所述聚多巴胺。4.如权利要求1所述的锂硫电池用电解液，其为非水电解液。5.如权利要求1所述的锂硫电池用电解液，其包括选自由如下构成的组中的一种或多种锂盐：LiCl、LiBr、LiI、LiClO4、LiBF4、LiB10Cl10、LiB(Ph)4、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiAsF6、LiSbF6、LiAlCl4、LiSO3CH3、LiSO3CF3、LiSCN、LiC(CF3SO2)3...
【专利技术属性】
技术研发人员：李昇昊，李海臣，金善珍，梁斗景，权起映，朴寅台，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，韩国科学技术院，
类型：发明
国别省市：韩国,KR
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。