一种电解液及金属-硫电池制造技术

为克服现有锂硫电池存在正极硫溶出和多硫化物“穿梭效应”的问题，本发明专利技术提供了一种电解液，包括锂盐和非水溶剂，所述非水溶剂包括如结构式Ⅰ所示的脲类化合物和结构式Ⅱ所示的卤代醚类化合物；

【技术实现步骤摘要】
一种电解液及金属-硫电池
本专利技术属于电池
，具体涉及一种电解液及金属-硫电池。
技术介绍
随着21世纪的到来，能源问题日益严峻，环境污染持续恶化，为了实现可持续发展，新能源和可再生能源的利用和发展成为世界各国研究的热点。水能、风能、氢能、核能、潮汐能、太阳能在世界各国都得到大力的发展和利用。储能器件性能的提高，能有效地促进新能源应用的普及。众多的储能设备中，电化学储能以其能量密度高、能源转换效率好、污染小、组合和移动方便等特点，成为世界各国重要研究方向之一。锂硫电池作为高理论容量，环境友好，成本低廉的储能设备引起广泛的关注。然而，单质硫或硫的复合物作为锂离子电池正极材料时、产生的中间产物多硫化锂(Li2Sn，3≤n≤8)在电解液中溶解会导致电池库仑效率和活性物质利用率低下；因而，锂硫电池的循环稳定性能和安全问题是影响其工业化应用的重要因素。
技术实现思路
针对现有锂硫电池存在正极硫溶出和多硫化物“穿梭效应”的问题，本专利技术提供了一种电解液及金属-硫电池。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案如下：一方面，本专利技术提供了一种电解液，包括锂盐和非水溶剂，所述非水溶剂包括如结构式Ⅰ所示的脲类化合物和结构式Ⅱ所示的卤代醚类化合物；其中，R1、R2、R3和R4各自独立地选自H、卤素、碳原子数1～10的烃基或碳原子数1～10的卤代烃基；A选自O或S；R1’和R2’各自独立地选自碳原子数1～10的烃基或碳原子数1～10的卤代烃基，且R1’和R2’中至少有一个选自碳原子数1～10的卤代烃基。可选的，所述非水溶剂中，结构式Ⅰ所示的脲类化合物的重量比例为1％～99％。可选的，所述非水溶剂中，结构式Ⅱ所示的卤代醚类化合物的重量比例为1％～99％。可选的，R1、R2、R3和R4各自独立地选自H、卤素、碳原子数1～5的烃基或碳原子数1～5的卤代烃基。可选的，R1’和R2’各自独立地选自碳原子数1～5的烃基或碳原子数1～5的卤代烃基。可选的，结构式Ⅰ所示的脲类化合物选自以下化合物中的一种或多种：可选的，结构式Ⅱ所示的卤代醚类化合物选自以下化合物中的一种或多种：可选的，所述非水溶剂还包括二乙二醇二甲醚、碳酸二甲酯、1，3-二氧戊环、碳酸亚乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、氟代碳酸乙烯酯、亚硫酸丙烯脂和丙酸甲酯中的一种或多种。可选的，所述锂盐的浓度为0.1M～10M，所述锂盐包括LiTFSI，LiFSI，LiPF6，LiClO4，LiBOB中的一种或多种。另一方面，本专利技术提供了一种金属-硫电池，包括正极、负极以及如上所述的电解液，所述正极的活性材料包括单质硫和硫基复合物中的一种。根据本专利技术提供的电解液，专利技术人在电解液中加入了结构式Ⅰ所示的脲类化合物和结构式Ⅱ所示的卤代醚类化合物作为非水共溶剂，发现两者具有较好的协同作用；结构式Ⅰ和结构式Ⅱ的共溶剂能在硫正极表面分解产生SOx2-的电解质层，从而抑制Li2Sn的穿梭效应；在锂负极表面产生LiF的电解质，可以抑制金属负极的锂枝晶的生长；结构式Ⅰ和结构式Ⅱ的共溶剂能够减少Li2Sn在电解液中的溶解，提高电池的循环稳定性能，且能够提高电池中活性材料的反应活性，提高硫的利用率，进而提高电池的容量。结构式Ⅱ所示的卤代醚类化合物介电常数低，结构式Ⅰ所示的脲类化合物具有高的介电常数，可以弥补结构式Ⅱ所示的卤代醚类化合物介电常数低的缺陷，使电解液具有较高离子电导率。因此，使用结构式Ⅰ所示的脲类化合物和结构式Ⅱ所示的卤代醚类化合物的共混溶剂能有效的提高电池循环性能，安全性能。附图说明图1是本专利技术实施例1提供的电池隔膜硫化物含量照片示图；图2是本专利技术对比例1提供的电池隔膜硫化物含量照片示图；图3是本专利技术对比例2提供的电池隔膜硫化物含量照片示图；图4是本专利技术对比例3提供的电池隔膜硫化物含量照片示图；图5是本专利技术实施例1提供的电池锂负极的SEM图；图6是本专利技术对比例1提供的电池锂负极的SEM图；图7是本专利技术对比例2提供的电池锂负极的SEM图；图8是本专利技术对比例3提供的电池锂负极的SEM图；图9是本专利技术实施例1、对比例1-3提供的电池循环性能和库伦效率测试图。具体实施方式为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术实施例提供了一种电解液，包括锂盐和非水溶剂，所述非水溶剂包括如结构式Ⅰ所示的脲类化合物和结构式Ⅱ所示的卤代醚类化合物；其中，R1、R2、R3和R4各自独立地选自H、卤素、碳原子数1～10的烃基或碳原子数1～10的卤代烃基；A选自O或S；R1’和R2’各自独立地选自碳原子数1～10的烃基或碳原子数1～10的卤代烃基，且R1’和R2’中至少有一个选自碳原子数1～10的卤代烃基。其中，所述卤代烃基选自于全部氢或部分氢被卤族元素取代的烃基，卤素选自于氟氯溴碘。在优选的实施例中，R1、R2、R3和R4各自独立地选自H、卤素、碳原子数1～10的烷基或碳原子数1～10的卤代烷基；A选自O或S；R1’和R2’各自独立地选自碳原子数1～10的烷基或碳原子数1～10的卤代烷基，且R1’和R2’中至少有一个选自碳原子数1～10的卤代烷基。在其他优选的实施例中，所述卤代烃基选自于全部氢或部分氢被两种或两种以上的卤族元素取代的烃基，卤素选自于氟氯溴碘。专利技术人在电解液中加入了结构式Ⅰ所示的脲类化合物和结构式Ⅱ所示的卤代醚类化合物作为非水溶剂，发现两者具有较好的协同作用，可有效抑制金属-硫电池正极产生的多硫化物的“穿梭效应”，提高活性材料的利用率，能有效改善金属-硫电池的循环容量，提升了金属-硫电池的电化学性能和安全性能。在一些实施例中，所述非水溶剂中，结构式Ⅰ所示的脲类化合物的重量比例为1％～99％。具体的，所述非水溶剂中，结构式Ⅰ所示的脲类化合物的重量比例可以为1％、3％、6％、9％、11％、17％、21％、27％、34％、38％、43％、48％、52％、55％、63％、69％、73％、76％、80％、84％、92％或99％。在更优选的实施例中，所述非水溶剂中，结构式Ⅰ所示的脲类化合物的重量比例为1％～80％。在进一步优选的实施例中，所述非水溶剂中，结构式Ⅰ所示的脲类化合物的重量比例为10％～60％。结构式Ⅰ所示的脲类化合物和结构式Ⅱ所示的卤代醚类化合物协同作用，能够在金属-硫电池的正极表面分解形成含SOx2-的电解质层，该电解质能有效的限制Li2Sn的溶入电解液中，从而减少硫化物的“穿梭效应”，抑制穿梭的Li2Sn对锂负极的腐蚀。此外，共同作用的产物可以在锂负极表面分解生成Li3N的电解质，该电解质能够改善锂负极表面平整性；在硫正极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电解液，其特征在于，包括锂盐和非水溶剂，所述非水溶剂包括如结构式Ⅰ所示的脲类化合物和结构式Ⅱ所示的卤代醚类化合物；/n

【技术特征摘要】
1.一种电解液，其特征在于，包括锂盐和非水溶剂，所述非水溶剂包括如结构式Ⅰ所示的脲类化合物和结构式Ⅱ所示的卤代醚类化合物；



其中，R1、R2、R3和R4各自独立地选自H、卤素、碳原子数1～10的烃基或碳原子数1～10的卤代烃基；A选自O或S；R1’和R2’各自独立地选自碳原子数1～10的烃基或碳原子数1～10的卤代烃基，且R1’和R2’中至少有一个选自碳原子数1～10的卤代烃基。


2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述非水溶剂中，结构式Ⅰ所示的脲类化合物的重量比例为1％～99％。


3.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述非水溶剂中，结构式Ⅱ所示的卤代醚类化合物的重量比例为1％～99％。


4.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，R1、R2、R3和R4各自独立地选自H、卤素、碳原子数1～5的烃基或碳原子数1～5的卤代烃基。


5.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，R1’和R2’各自独立地选自碳原子数1～5的烃基或碳原子...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓永红，肖映林，钱韫娴，余恒益，胡时光，
申请(专利权)人：深圳新宙邦科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44