一种锂硫电池的电解液及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于电池的电解液领域，公开了一种锂硫电池的电解液及其制备方法和应用，该电解液包括以下组分：有机溶剂、电解质和添加剂；有机溶剂为1,1,2,2

【技术实现步骤摘要】
一种锂硫电池的电解液及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及电池的电解液领域，尤其是涉及一种锂硫电池的电解液及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]2009年加拿大Nazar课题组在Nat.Mater.上发表的关于高性能硫碳正极的锂硫二次电池的研究，引起了全世界范围内的关注，锂硫电池的研究迅速进入高潮。目前锂硫电池的发展受限于不少技术问题。主要表现为：(1)硫的放电产物多硫化锂溶解在有机锂硫电池的电解液中导致“飞梭效应”，造成金属锂的严重腐蚀和活性物质的流失，也是锂硫电池过充、性能恶化的主要原因；(2)硫单质和放电产物Li2S的离子、电子导电性差，影响电池的能量密度和活性物质利用率；(3)金属锂的枝晶及粉化问题；(4)正极充电产物和放电产物之间较大的密度差异，导致电极体积膨胀严重(约79％)。在过去的十年内，锂硫电池的性能和机理研究都取得了很多突破性的发展，关于锂硫电池的基础研究进展和示范性应用都在不断涌现。未来锂硫电池如果能实现商业应用，必将改变新能源储能体系的格局和我们现有的生活状态。在锂硫电池的几大突出问题中，最突出的问题是电池的飞梭效应。在锂硫电池整个循环过程中，都会伴随着飞梭效应的发生，尤其在充电过程中更为明显，导致电池严重过充、库伦效率过低、自放电严重、腐蚀金属锂等。
[0003]对锂硫电池的电解液优化设计是减少飞梭效应的有效方法之一。锂硫电池的电解液的优化包含组分优化及结构设计，选择合适的溶剂或者功能添加剂，阻止多硫化锂与金属锂的反应或者降低其在锂硫电池的电解液中的溶解度。在锂硫电池的电解液中添加功能性中间层也是阻挡或者吸附多硫化锂的有效手段。
[0004]到目前为止，锂硫电池的电解液优化的研究报道较为广泛。但是绝大部分的锂硫电池的电解液优化对减少飞梭效应的效果还有待提升的空间。因此，寻找新型的锂硫电池的电解液减少飞梭效应在锂硫电池领域亟待突破。此外，在目前锂电池回收停留在正极材料和集流体的回收，针对锂硫电池的电解液的回收涉及较少。而锂硫电池的电解液作为有毒的化学试剂，不能随意废弃，这不仅会污染环境，还导致资源的浪费。因此，通过资源化利用废弃锂硫电池的电解液循环制备新型锂硫电池的电解液，能实现资源循环利用。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提供一种锂硫电池的电解液及其制备方法和应用，该锂硫电池的电解液具有优异的导电率，电导率为2.57～2.79mS/cm，以Li6S2作为添加剂，可以通过缓冲作用减少正极活性物质的溶解，缓解“飞梭效应”。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种锂硫电池的电解液，包括以下组分：有机溶剂、电解质和添加剂；所述有机溶剂为1,1,2,2
‑
四氟乙基
‑
2,2,3,3
‑
四氟丙基醚和1,3
‑
二氧戊环；所述电解质为锂盐；所述添
加剂为锂的硫化物；所述锂的硫化物为Li6S2。
[0008]优选地，所述锂盐为双六氟乙烷磺酰胺锂盐和LiCF3SO3。
[0009]优选地，所述锂硫电池的电解液的介电常数为37.26～46.68F/m，电导率为2.57～2.79mS/cm。
[0010]优选地，所述有机溶剂、电解质和添加剂的质量体积比为(50～60):(30～40):(10～20)。
[0011]1,1,2,2
‑
四氟乙基
‑
2,2,3,3
‑
四氟丙基醚和1,3
‑
二氧戊环这两种溶剂混合在一起可对锂硫电池的电解液的粘度、介电常数、电导率等性质做出决定性的影响，这些性能指标对多硫化合物的穿梭行为有影响，粘度越小、介电常数和电导率越大，穿梭行为越弱。
[0012]双六氟乙烷磺酰胺锂盐分子式为：[CF3CF2SO2N
‑
SO2CH2CH3]Li
+
；双六氟乙烷磺酰胺锂盐与LiCF3SO3的本质特性决定了其作为作为电解质有较高的电导率，且适用于载流子的迁移，二者结合效果更佳。
[0013]一种锂硫电池的电解液的制备方法，包括以下步骤：
[0014]将有机溶剂、锂盐和添加剂混合，配制成所述锂硫电池的电解液；所述有机溶剂为1,1,2,2
‑
四氟乙基
‑
2,2,3,3
‑
四氟丙基醚和1,3
‑
二氧戊环；所述添加剂为锂的硫化物；所述锂的硫化物为Li6S2。
[0015]优选地，所述1,1,2,2
‑
四氟乙基
‑
2,2,3,3
‑
四氟丙基醚和1,3
‑
二氧戊环的体积比为1:(1
‑
3)。
[0016]优选地，所述双六氟乙烷磺酰胺锂盐和LiCF3SO3的质量比为1:(0.1～0.2)。
[0017]优选地，所述锂盐为双六氟乙烷磺酰胺锂盐和LiCF3SO3；所述双六氟乙烷磺酰胺锂盐是由以下方法制得：将苯甲基双六氟乙基磺酰胺、溶剂和硫酸混合，回流，降温，加入Li2O，继续回流，过滤，取滤渣清洗烘干，即得。
[0018]更优选地，所述溶剂为甲醇、乙醇、丙酮中的至少一种。
[0019]更优选地，所述回流的温度为80℃～100℃，回流的时间为6～12小时。
[0020]更优选地，所述降温的温度为70℃～80℃，所述继续回流的温度为70℃～80℃，继续回流的时间为12～18小时。
[0021]更优选地，所述清洗过程中所用的溶剂为甲醇、乙醇、丙酮中的至少一种。
[0022]更优选地，所述烘干的温度为40～50℃。
[0023]优选地，所述LiCF3SO3是由以下方法制得：取Li2O、CF3H和硫酸混合，回流，过滤，取滤渣清洗烘干，即得。
[0024]更优选地，所述回流的温度为85℃～95℃，回流的时间为8～15小时。
[0025]更优选地，所述清洗过程中所用的溶剂为甲醇、乙醇、丙酮中的至少一种。
[0026]优选地，所述Li6S2是由以下方法制得：将Li2O、硫酸混合反应后，浓缩，洗涤，干燥，通入还原性气体煅烧，得到Li6S2。
[0027]更优选地，所述煅烧的温度为350℃～450℃，煅烧的时间为3～5小时。
[0028]更优选地，所述Li2O和硫酸的摩尔比为1:(1～1.5)。
[0029]更优选地，所述硫酸的浓度为0.1～0.3mol/L。
[0030]更优选地，述还原性气体为CO。
[0031]优选地，所述Li2O是由以下方法制备得到：1)将废旧锂电池进行拆解，浸泡，过滤，
取滤液进行蒸馏，得到有机馏分A和水相蒸馏物；2)将碱液加入所述水相蒸馏物中，萃取，反萃取，取水相溶液，通入CO2气体反应，过滤，取滤渣清洗烘干，煅烧，即得Li2O。
[0032]进一步优选本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂硫电池的电解液，其特征在于，包括以下组分：有机溶剂、电解质和添加剂；所述有机溶剂为1,1,2,2
‑
四氟乙基
‑
2,2,3,3
‑
四氟丙基醚和1,3
‑
二氧戊环；所述电解质为锂盐；所述添加剂为锂的硫化物；所述锂的硫化物为Li6S2。2.根据权利要求1所述的锂硫电池的电解液，其特征在于，所述锂盐为双六氟乙烷磺酰胺锂盐和LiCF3SO3。3.根据权利要求1所述的锂硫电池的电解液，其特征在于，所述锂硫电池的电解液的介电常数为37.26～46.68F/m，电导率为2.57～2.79mS/cm。4.权利要求1
‑
3所述的锂硫电池的电解液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将有机溶剂、锂盐和添加剂混合，配制成所述锂硫电池的电解液；所述有机溶剂为1,1,2,2
‑
四氟乙基
‑
2,2,3,3
‑
四氟丙基醚和1,3
‑
二氧戊环；所述添加剂为锂的硫化物；所述锂的硫化物为Li6S2。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述锂盐为双六氟乙烷磺酰胺锂盐和LiCF3SO3；所述双六氟乙烷磺酰胺锂盐是由以下...

【专利技术属性】
技术研发人员：余海军，彭挺，谢英豪，朱红梅，李长东，
申请(专利权)人：湖南邦普循环科技有限公司湖南邦普汽车循环有限公司，
类型：发明
国别省市：