提供了可提高电池放电容量和循环寿命的锂－硫电池有机电解质溶液，和使用该有机电解质溶液的锂－硫电池。所述电解质溶液包括锂盐、有机溶剂和下面式（Ⅰ）表示的基于硫化膦的化合物：其中Ｒ↓［１］、Ｒ↓［２］和Ｒ↓［３］彼此相同或不同，各自代表一种选自取代或未取代的Ｃ１－Ｃ３０烷基、取代或未取代的Ｃ６－Ｃ３０芳基、取代或未取代的Ｃ１－Ｃ３０烷氧基和取代或未取代的Ｃ８－Ｃ３０芳烯基的基团。包括由式（Ⅰ）表示的基于硫化膦的化合物的电解质溶液能抑制硫化锂的产生，从而阻止电池容量下降。
【技术实现步骤摘要】
有机电解质溶液和含有该溶液的锂-硫电池优先权根据35 U.S.C.§119，本申请要求2003年9月5日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.2003-62171“有机电解质溶液和含有该溶液的锂-硫电池”的全部权益，该申请的全部公开内容在此一并参考。
本专利技术涉及一种有机电解质溶液和含有该溶液的锂-硫电池，更具体地说，涉及一种含有能提高锂-硫电池放电容量和循环寿命的基于硫化膦的化合物的有机电解质溶液，和含有该溶液的锂-硫电池。
技术介绍
随着可携带电子设备的快速发展，对二次电池的需求增加，并且不断需要能满足可携带电子设备目前尺寸轻薄短小趋势的高能量密度电池。要求满足这样需求的电池廉价、安全和环保。锂-硫电池是现已开发出来的电池中在能量密度方面最具发展前景的电池。锂的能量密度是3830mAh/g，硫(S8)的能量密度是1675mAh/g。其中所用的活性材料本身廉价、环保，但是这样的电池系统现在还没有商品化。锂-硫电池不能商品化是因为电池中参加电化学氧化-还原反应的硫的量与电池中硫含量之间的比率太低，使得电池的容量低。对于锂-硫电池，元素硫被用作最初的阳极活性材料。在电池放电时，环状分子状态的八个硫原子变成线状分子状态，同时硫原子被还原，并且通过连续还原最后变成S2-离子状态。所得的S2-与周围的锂阳离子化学键合形成硫化锂(Li2S)。由于形成的硫化锂沉积在阳极表面，减小了电池的活性面积，并且在充电过程中硫化锂不能被氧化，因此降低了电池的容量。因此，必须分离(dissociate)这样的硫化锂来保持电池的活性面积。-->为了解决这个问题，现已进行了以下尝试。US 6,030,720使用含有R1(CH2CH2O)nR2的溶剂为主要溶剂，其中n是2-10，R1和R2相同或不同，分别表示取代或未取代烷基或烷氧基，以及冠醚或穴状配体作为助溶剂。包括供体或受体助溶剂，其中供体溶剂具有至少15的供体数。电池的间距(separation distance)必须是400μm或更小。通常，当锂-硫电池放电时，电极表面形成和沉积的Li2S被认为是引起电池容量下降的主要原因。现已进行研究来提高锂-硫电池的容量。在大多数情况下，使用能稳定硫化锂的醚基溶剂，锂-硫电池的最初放电容量是大约840mAh/g-硫，大约是理论容量的50％。曾尝试用例如DMF、DMAc等极性溶剂来分离Li2S，但是极性溶剂与锂剧烈反应，因此极性溶剂不能用于锂-硫电池系统。而且，US 5,961,672提出以1M LiSO3CF3和1，3-二氧戊环/二甘醇二甲醚/环丁砜/二甲氧基乙烷(50/20/10/20)的混合溶液作为电解质溶液，通过在锂金属阳极涂覆聚合物膜来提高电池的寿命和稳定性。US 5,814,420用离子传导材料和电子传导材料接触含有活性材料的电极，使例如活性硫和/或聚硫化物聚合物的活性材料几乎被完全利用。US 5,523,179公开了在阳极含有活性硫基材料、离子传导材料和电子传导材料的锂-硫电池。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于提供一种改良的有机电解质溶液。本专利技术的另一目的是提供一种改良的锂-硫电池。本专利技术还有一个目的是提供一种能够提高电池放电容量和循环寿命的有机电解质溶液。本专利技术进一步的目的是提供一种具有提高的放电容量和循环寿命的锂-硫电池。本专利技术更进一步的目的是提供一种用于锂-硫电池的电解质溶液，该溶液含有连续分离电化学反应的聚硫化锂(lithium polysulfide)的添加剂，从而提高电池的放电容量和循环寿命，以及含有该电解质溶-->液的锂-硫电池。为了实现上述及其它目的，根据本专利技术的电解质溶液的优选实施方案可由锂盐、有机溶剂和下面式(I)表示的基于硫化膦的化合物组成：其中R1、R2和R3独立地是取代或未取代的C1-C30烷基、取代或未取代的C6-C30芳基、取代或未取代的C1-C30烷氧基、或取代或未取代的C8-C30芳烯基；根据本专利技术的另一方面，提供一种锂-硫电池，它由包括至少一种可以是元素硫、硫基化合物或其混合物的阳极活性材料的阳极，包括至少一种可以是锂金属、锂合金、和锂/惰性硫复合物的阴极活性材料的阴极，介于阴极和阳极之间，将阴极和阳极相互分开的分离板(separator)，以及包括锂盐、有机溶剂和下面式(I)表示的基于硫化膦的化合物的有机电解质溶液构成：其中R1、R2和R3独立地是取代或未取代的C1-C30烷基、取代或未取代的C6-C30芳基、取代或未取代的C1-C30烷氧基、或取代或未取代的C8-C30芳烯基。通过阻止锂金属与硫化物结合，使硫能连续地参加电化学反应，根据本专利技术的原理的有机电解质溶液和使用该有机电解质溶液的锂-硫电池提供了提高的电池放电容量和循环寿命。附图说明-->通过参考以下结合附图的详细描述，将清晰地、更好更完全地理解领会本专利技术以及本专利技术的许多上述和其它的特征和优点，其中所述附图中，相同的参考符号表示相同或相似的组分，其中图1是说明实施例1和对比实施例1的锂-硫电池在循环次数范围内的放电容量图；和图2是说明实施例2和3，以及对比实施例2的锂-硫电池在循环次数范围内的放电容量图。具体实施方式本专利技术提供一种有机电解质溶液和应用该有机电解质溶液的锂-硫电池。本文所用的术语“芳烯基”是指双键上的氢原子被芳基基团取代的烯基基团，该芳基上的氢原子可被任何取代基取代。根据本专利技术的一个实施方案，提供一种锂-硫电池电解质溶液，该溶液含有锂盐、有机溶剂和下面式(I)表示的基于硫化膦的化合物：其中R1、R2和R3独立地是取代或未取代的C1-C30烷基，优选C1-C12烷基，更优选C1-C6烷基；取代或未取代的C6-C30芳基，优选C6-C18芳基，更优选C6-C12芳基；取代或未取代的C1-C30烷氧基，优选C1-C12烷氧基，更优选C1-C6烷氧基；或取代或未取代的C8-C30芳烯基，优选C8-C18芳烯基，更优选C8-C12芳烯基。优选地，有机电解质溶液中可包括0.1-20重量％的式(I)的基于硫化膦的化合物。低于0.1重量％的该化合物不能充分的分离高水平的聚硫化物，高于20重量％的该化合物会严重的引起其自身的降解反应。更优选有机电解质溶液中包括0.1-10重量％的该化合物，最优选包括0.5-5重量％的该化合物。式(I)的基于硫化膦的化合物优选是下面式II表示的三苯乙烯基-->硫化膦：由于式(I)表示的基于硫化膦的化合物同时具有能稳定S2-的阴离子接受中心和锂离子的阳离子接受中心，所以根据本专利技术的电解质溶液可抑制硫化锂的生成，从而抑制由充电过程中的氧化反应所引起的下一个放电循环过程中电池容量的下降。即根据本专利技术的基于硫化膦的化合物与硫化锂中的S2-或LiS-键合并配位，从而抑制所述离子与锂离子键合，并因此提高硫化物阴离子的稳定性。而且，式(I)的硫作为阳离子接受体键合到锂离子上，从而抑制了硫化物阴离子和锂离子的键合。反应示意图I以下，描述根据本专利技术的锂-硫电池。根据本专利技术的锂-硫电池可由包括至少一种阳极活性材料，例如元素硫、硫基化合物及其混合物的阳极，含有至少一种阴极活性材料，例如锂金属、锂合金、和锂/惰性硫复合物的阴极，介于阴极和阳极之间，将阴极和阳极相互分开的分离板，以及含有本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于锂－硫电池的电解质溶液，含有：锂盐；有机溶剂；和由式（Ⅰ）表示的基于硫化膦的化合物：＊＊＊（Ⅰ）其中Ｒ↓［１］、Ｒ↓［２］和Ｒ↓［３］独立地选自取代或未取代的Ｃ１－Ｃ３０烷基、取代或未取代 的Ｃ６－Ｃ３０芳基、取代或未取代的Ｃ１－Ｃ３０烷氧基和取代或未取代的Ｃ８－Ｃ３０芳烯基。
【技术特征摘要】
KR 2003-9-5 62171/031、一种用于锂-硫电池的电解质溶液，含有：锂盐；有机溶剂；和由式(I)表示的基于硫化膦的化合物：其中R1、R2和R3独立地选自取代或未取代的C1-C30烷基、取代或未取代的C6-C30芳基、取代或未取代的C1-C30烷氧基和取代或未取代的C8-C30芳烯基。2、权利要求1的电解质溶液，其中基于电解质溶液的重量，基于硫化膦的化合物的量为0.1-20重量％。3、权利要求1的电解质溶液，其中基于电解质溶液的重量，基于硫化膦的化合物的量为0.1-5重量％。4、权利要求1的电解质溶液，其中所述式(I)的基于硫化膦的化合物是三苯乙烯基硫化膦。5、权利要求1的电解质溶液，其中式(I)的R1、R2和R3独立地选自取代或未取代的C1-C12烷基、取代或未取代的C6-C18芳基、取代或未取代的C1-C12烷氧基和取代或未取代的C8-C18芳烯基。6、权利要求1的电解质溶液，其中式(I)的R1、R2和R3独立地选自取代或未取代的C1-C6烷基、取代或未取代的C6-C12芳基、取代或未取代的C1-C6烷氧基和取代或未取代的C8-C12芳烯基。7、权利要求1的电解质溶液，进一步含有电子传导材料。8、权利要求7的电解质溶液，其中电子传导材料选自碳黑、石墨、碳纤维、具有共轭的碳-碳双键和碳-氮双键中至少一个的电子传导化合物及其混合物。9、含有阴极、阳极、介于所述阴极和所述阳极之间的分离板，和权利要求1的电解质溶液的锂-硫电池。-->10、一种锂-硫电池，包括：包括至少一种阳极活性材料的阳极；包括至少一种阴极活性材料的阴极；介于阴极和阳极之间，将阴极和阳极相互分开的分离板；和含有锂盐、有机溶剂和式(I)表示的基于硫化膦的化合物的有机电解质溶液：其中R1、R2和R3独立地选自取代或未取代的C1-C30烷基、取代或未取代的C6-C30芳基、取代或未取代的C1-C30烷氧基和取代或未取代的C8-C30芳烯基。11、权利要求10的锂-硫电池，其中基于电解质溶液的重量，基于硫化膦的化合物的量为0.1-20重量％。12、权利要求10的锂-硫电池，其中所述式(I)化合物是三苯乙烯基硫化膦。13、...
【专利技术属性】
技术研发人员：柳永均，赵命东，BA特罗菲莫，李相睦，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]
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