一种锂硫电池电解液制造技术

本发明专利技术涉及一种新的锂硫电池电解液，包括有机溶剂、锂盐及活性添加剂,该活性添加剂为亚硫酰氯（体积分数为0.5%‑10%）。该锂盐的浓度为0.1‑2mol/L；所述的有机溶剂为碳酸酯类；本发明专利技术可有效的生成负极材料保护膜提高结构的稳定性，显著改善电池的性能，提高其安全性以及提高电池的能量密度。

【技术实现步骤摘要】
一种锂硫电池电解液
本专利技术涉及一种新的锂硫电池电解液。
技术介绍
随着便携式电子产品的日益普及和新能源汽车的广泛应用，人们对于化学电源的电化学性能和安全性能提出了更高的要求。与传统的锂离子电池相比，锂硫电池因其具有较高的理论比容量和对环境友好等优点，近来受到人们的广泛关注。然而锂硫电池在实际应用过程中还存在着许多问题。其中广为人知的是锂硫电池的放电中间产物为高价的多硫化锂，这些易溶的高价多硫化物扩散到锂负极，并与金属锂反应生成低价的多硫化物（Li2S、Li2S2），这些不溶的低价多硫化物在锂负极表面大量沉积，进一步降低了活性材料的利用率。同时还会引起锂负极的腐蚀，降低其电化学性能。上述问题是限制锂硫电池的广泛应用的重要原因。为了解决上述问题，越来越多的研究者将目光集中到了锂负极保护上。比如，在锂负极表面形成一层SEI保护膜，来防止锂负极的腐蚀和低价多硫化物的沉积，进而提高电池的电化学性能。电解液是锂硫电池的重要组成部分，它对电池的电化学性能和安全性能具有很大的影响。研究表明在电解液中添加一种或多种活性添加剂可以在锂负极上生成一种SEI保护膜，这将会大大改善电池的电化学性能。迄今为止，未见有亚硫酰氯作为锂硫电池的电解液的活性添加剂的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种新的锂硫电池电解液及其制备方法。本专利技术向电解液中添加适量的亚硫酰氯作为活性添加剂，在电化学过程中可以形成稳定的SEI保护膜，并提高硫正极的利用率，即该电解液可以在锂负极表面形成一层SEI保护膜提高锂硫电池循环性能和安全性能，实验证明这种电解液还可以明显提高硫正极的利用率，增加额外的容量。本专利技术提供的锂硫电池电解液由有机溶剂、锂盐、活性添加剂组成。所述的锂盐为LiPF6、LiBF4、LiCH3SO3、LiCF3SO3、LiAsF6、LiClO4、LiBOB、LiN(CF3SO2)2中的一种或者多种，优选LiPF6和LiN(CF3SO2)2。该锂盐的浓度为0.1-2mol/L；优选0.5-1.5mol/L。所述的有机溶剂为碳酸二甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸乙酯、丙酸甲酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、二甲氧甲烷、1，2-二甲氧乙烷、二甘醇二甲醚、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1，3-二氧环戊烷中的一种或者多种；优选碳酸酯类溶剂。该活性添加剂为亚硫酰氯，其分子式为SOCl2，该添加剂的体积分数为0.5%-10%，优选比例为1.0-3.0%。本专利技术提供了一种新的锂硫电池电解液的制备方法包括以下步骤：1)按照计量室温下向有机溶剂中加入锂盐，搅拌使其溶解；2)向步骤1)得到的混合物中加入亚硫酰氯添加剂，搅拌使其溶解即可。本专利技术提供了一种新的锂硫电池电解液，该电解液能够显著改善锂硫电池电化学性能的电解液。与现有的技术相比，本专利技术具有以下特点:1）本专利技术中所用到的材料均是商业购买所得，操作简便、生产成本低廉，电化学性能稳定，便于大规模工业化生产。2）本专利技术采用简单搅拌混合来制备所需电解液，通过向有机电解液中添加适量的亚硫酰氯，可以有效的生成负极材料保护膜提高结构的稳定性，该电解液对锂硫电池的电化学反应也有明显的促进作用。3）本专利技术只通过添加相对较少的亚硫酰氯，就可以显著改善电池的性能。同时由于我们只添加相对较少的亚硫酰氯，这就避免了在电化学反应过程中由于亚硫酰氯的大量分解而引起体积过度膨胀和结构崩塌等问题。另一方面，亚硫酰氯的分解产物会与金属锂发生反应形成一种SEI保护膜，可以提高其安全性，同时生成的硫可以进一步提高电池的能量密度。附图说明图1是本专利技术实施例1所组装锂硫电池在不同电解液中的首周放电曲线。图2是本专利技术实施例2所组装锂硫电池在不同电解液中的首周放电曲线。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术进行详细说明。实施例1：材料合成：按质量比例6:4称取硫单质（升华硫，99%，国药集团化学试剂有限公司）和活性碳（电池级，江苏先丰纳米材料科技有限公司）转移到球磨罐中，加入少量乙醇（分析纯）以300r/min湿法球磨3h，将球磨后样品置于60℃烘箱中干燥6h，然后将干燥后的样品转入聚四氟乙烯的反应釜中。在马弗炉中（DZ47-60，合肥科晶材料技术有限公司），以2℃/min的速度升温至155℃恒温12h，冷却至室温即得到所制备含硫60%的样品。电极材料的制备：将所制备的活性材料，超级导电炭黑，以及粘结剂（聚偏氟乙烯，PVDF）以质量比为7：2：1的比例称取后，用研钵充分混合后，加入适量的N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP），搅拌12h后得到均匀浆料。用涂覆器将所得到的浆料均匀涂覆在铝箔（集流体）上，在60℃的真空烘箱中干燥12h，油压后制备成直径为10mm的圆形电极片。电池的组装：为尽量避免与实验无关因素对实验结果产生影响，先将清洗干净的扣式电池，冲压好的电极片等所有材料以及工具清洁后放置于60℃温度的烘箱进行干燥处理6h左右，然后迅速将干燥后的极片称重，随后立即连同其他工具放入手套箱中，手套箱的水氧值均低于5ppm。以金属锂片作为负极，所制备的复合材料电极片作为正极，铜箔作为负极集流体，隔膜型号为Celgard2325，1M六氟磷酸锂（LiPF6）电解液（丙烯基碳酸酯:乙烯基碳酸酯:二甲基碳酸酯=1:4:5，体积比）和亚硫酰氯添加剂按照体积比98:2进行混合，作为本实验所用电解液。组装完成扣式电池后，将上述组装完成的电池静置6h后，在1.4–3.0V电压窗口内，80mAg-1电流密度下，在蓝电测试仪器(CT2001A)上进行电化学性能的测试，其首周放电容量接近2700mAhg-1。实例2：电极材料的制备：将所制备的活性材料，超级导电炭黑，以及粘结剂（聚偏氟乙烯，PVDF）以质量比为5：4：1的比例称取后，用研钵充分混合后，加入适量的N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP），搅拌12h后得到均匀浆料。用涂覆器将所得到的浆料均匀涂覆在铝箔（集流体）上，在60℃的真空烘箱中干燥12h，油压后制备成直径为10mm的圆形电极片。电池的组装：为尽量避免与实验无关因素对实验结果产生影响，先将清洗干净的扣式电池，冲压好的电极片等所有材料以及工具清洁后放置于60℃温度的烘箱进行干燥处理6h左右，然后迅速将干燥后的极片称重，随后立即连同其他工具放入手套箱中，手套箱的水氧值均低于5ppm。以金属锂片作为负极，所制备的复合材料电极片作为正极，铜箔作为负极集流体，隔膜型号为Celgard2325，1M六氟磷酸锂（LiPF6）电解液（丙烯基碳酸酯:乙烯基碳酸酯:二甲基碳酸酯=1:4:5，体积比）和亚硫酰氯添加剂按照体积比98:2进行混合，作为本实验所用电解液。组装完成扣式电池后，将上述组装完成的电池静置6h后，在1.4–3.0V电压窗口内，80mAg-1电流密度下，在蓝电测试仪器(CT2001A)上进行电化学性能的测试，其首周放电容量接近1800mAhg-1。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂硫电池电解液，由有机溶剂、锂盐、活性添加剂组成，其特征在于：电解质锂盐摩尔浓度为0.1‑2.0 mol/L，活性添加剂的在有机溶剂中的体积占比为0.5 %‑10 %，其余为有机溶剂。

【技术特征摘要】
1.一种锂硫电池电解液，由有机溶剂、锂盐、活性添加剂组成，其特征在于：电解质锂盐摩尔浓度为0.1-2.0mol/L，活性添加剂的在有机溶剂中的体积占比为0.5%-10%，其余为有机溶剂。2.如权利要求1所述的锂硫电池电解液，其特征在于所述活性添加剂为亚硫酰氯。3.如权利要求1所述的锂硫电池电解液，其特征在于所述的有机溶剂为碳酸二甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸乙酯、丙酸甲酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、二甲氧甲烷、1，2-二甲氧乙烷、二甘醇二甲醚、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1，3-二氧环戊烷中的一种或者多种。4.如权利要求1所述的锂硫电池电解液，其特征在于所述的锂盐的是LiPF6、...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖超，戴宏柳，
申请(专利权)人：江苏师范大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32