一种含苯硒酚添加剂的锂硫电池电解液及锂硫电池制造技术

本发明专利技术公开了一种含苯硒酚(PhSeH)添加剂的锂硫电池电解液及锂硫电池。该电解液包括醚类溶剂、锂盐和添加剂，所述添加剂为苯硒酚。该锂硫电池的电解液，以有机小分子硒醇苯硒酚作为添加剂，通过Se

【技术实现步骤摘要】
一种含苯硒酚添加剂的锂硫电池电解液及锂硫电池


[0001]本专利技术属于锂硫电池电解液
，具体涉及一种含苯硒酚添加剂的锂硫电池电解液及锂硫电池。

技术介绍

[0002]随着便携式电子设备的快速发展，社会对于锂电池的发展越来越关注。锂离子电池的因其372mAh g
‑1的理论比容量已经不能满足大众的需求。与此同时，锂硫电池由于其具2600Wh kg
‑1的能量密度和地壳中丰富的硫资源储备而备受研究人员的青睐。在放电过程中，S8接受8个电子和8个Li
+
，对应了1675mAh g
‑1的理论比容量。然而，锂硫电池也面临着以下这些挑战：(1)严重的穿梭效应：高阶的多硫化锂在锂硫电池使用的醚类电解液体系中溶解度较高，导致了它在电池中由浓度梯度和化学势主导的迁移，进而导致其扩散到负极并与锂片反应，造成了活性物质硫的损失、锂片的腐蚀、库仑效率的降低甚至安全问题。(2)由于S8和其充放电产物较低的离子电导率和电子电导率，电池反应动力学较慢，活性物质利用率较低。因此，为提升电池的电化学性能，目前的工作主要集中于抑制所硫化物的穿梭效应、提升正极材料的导电率和替换传统的电解液组分。有机硫化合物是一类可用于替代单质硫的新型锂硫电池正极材料。如果Se元素参与电极材料的组成，由于其较高的离子电导率，电池将表现出更低的电压迟滞。
[0003]电解液添加剂的加入可能会通过改变活性物质种类，在正极附近形成隔离层，催化多硫化锂的歧化反应，与多硫化锂反应，或者改变SEI膜的成分以帮助形成更加致密的SEI膜，但是同时不可避免地会降低电池的能量密度，有时对于电解液的可燃性，毒性，粘度，离子传导率等方面可能会带来严峻挑战。因此，寻找一种电解液添加剂，在抑制多硫化锂生成的同时提升电池的电化学性能是当务之急。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于提供一种含苯硒酚添加剂的锂硫电池电解液及锂硫电池。该添加剂苯硒酚通过Se
‑
S键实现对于S原子的固定，在充放电过程中生成中间产物PhSeSSePh，并在充电过程后期回到硫单质状态，改变电池原有的氧化还原途径，电池过程完全可逆，充分实现了锂硫电池的高容量特性，极大提高了锂硫电池的循环稳定性。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]提供一种含苯硒酚添加剂的锂硫电池电解液，包括醚类溶剂、锂盐和添加剂，所述添加剂为苯硒酚。
[0007]按上述方案，所述苯硒酚在电解液中的浓度为0.05～1.0mol/L。
[0008]按上述方案，醚类溶剂为DME(乙二醇二甲醚)和DOL(1,3
‑
二氧戊环)混合液,其中DME和DOL溶剂的体积比为(0.8～1.2):1。
[0009]按上述方案，锂盐为LiTFSI(双三氟甲基磺酰亚胺锂)和LiNO3混合物，其中，LiTFSI的浓度为1.0～1.5mol/L，LiNO3的浓度为0.15～0.25mol/L。
[0010]提供一种锂硫电池，包括正极材料，负极材料，隔膜和上述含苯硒酚添加剂的锂硫电池电解液。
[0011]按上述方案，正极材料为负载有硫单质的多壁碳纳米管纸。
[0012]优选地，硫负载量为0.88～1.15mg cm
‑2，碳纳米管纸直径为11～13mm。
[0013]按上述方案，所述正极材料的制备方法为：将一定量的硫单质溶解于适量的二硫化碳中，待硫单质完全溶解后，取适量溶液滴加在多壁碳纳米管纸上，然后在鼓风烘箱中60～65℃干燥12～13小时使溶剂完全挥发。
[0014]按上述方案，负极材料为锂金属片。
[0015]按上述方案，隔膜为Celgard 2400。
[0016]按上述方案，将含有苯硒酚添加剂的电解液滴加在隔膜两侧，使之与正负极充分接触，组装成锂硫电池。
[0017]提供苯硒酚作为添加剂在锂硫电池电解液中的应用。
[0018]提供一种含苯硒酚添加剂的锂硫电池电解液在锂硫电池中的应用，其中：
[0019]所述锂硫电池为纽扣电池时，所述苯硒酚在电解液中的浓度为0.5～1.0mol/L；
[0020]所述锂硫电池为软包电池时，所述苯硒酚在电解液中的浓度为0.05～0.30mol/L。
[0021]本专利技术提供的含苯硒酚添加剂的锂硫电池电解液用于锂硫电池时，改变了电池的充放电氧化还原反应路径，避免了充放电过程中长链多硫化物的生成与穿梭，减少正极活性物质的损失，提升了电池性能；其中：在放电过程中，苯硒酚通过与单质硫反应生成中间产物PhSeSSePh，最终生成苯硒锂(PhSeLi)和硫化锂(Li2S)，避免了长链多硫化物的生成；在充电过程中，苯硒自由基在与硫自由基结合生成中间产物PhSeSSePh，但是由于Se
‑
S键键能较低，在高电压时Se
‑
S键断裂，充电过程中生成的PhSeSSePh分解，重新回到S8单质状态，使得电池过程更加可逆。综上所述，苯硒酚作为电解液添加剂引入锂硫电池体系之后，改变了传统锂硫电池的反应途径，减少了多硫化锂的生成，抑制了穿梭效应，从而提高了活性物质的利用率，提升了电池的电化学性能。
[0022]本专利技术的有益效果为：
[0023]本专利技术提供的锂硫电池电解液，以有机小分子苯硒酚作为电解液添加剂，苯硒酚通过Se
‑
S键实现对于S原子的固定，在充放电过程中生成PhSeSSePh，并在充电过程后期回到S8状态，避免了充放电过程中长链多硫化物的生成与穿梭，提高活性物质的利用率，且电池更加可逆；同时由于Se元素较高的离子电导率，降低了电池整体过电位；该电解液用于锂硫电池时，电化学性能优异，在0.5C倍率下具有1436mAh g
‑1的最大放电比容量，在循环200圈后仍保持1300mAh g
‑1的可逆比容量，容量保持率为91.86％，充分实现了锂硫电池的高容量特性，极大提高了锂硫电池的循环稳定性，并且提升了锂硫电池商业化应用的潜能。
附图说明
[0024]图1为本专利技术实施例1中含有0.50mol/L苯硒酚添加剂的锂硫CR2032纽扣电池1C倍率下的长循环性能图。
[0025]图2为本专利技术实施例1中含有0.50mol/L苯硒酚添加剂的锂硫CR2032纽扣电池1C倍率下的电压
‑
容量曲线。
[0026]图3为本专利技术实施例2中含有0.70mol/L苯硒酚添加剂的锂硫CR2032纽扣电池1C倍
率下的长循环性能图。
[0027]图4为本专利技术实施例2中含有0.70mol/L苯硒酚添加剂的锂硫CR2032纽扣电池1C倍率下的电压
‑
容量曲线。
[0028]图5为本专利技术实施例3中含有1.0mol/L苯硒酚添加剂的锂硫CR2032纽扣电池1C倍率下的长循环性能图。
[0029]图6为本专利技术实施例3中含有1.0mol/L苯硒酚添加剂的锂硫CR2032纽扣电池1C倍本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含苯硒酚添加剂的锂硫电池电解液，其特征在于，包括醚类溶剂、锂盐和添加剂，所述添加剂为苯硒酚。2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述苯硒酚在电解液中的浓度为0.05～1.0mol/L。3.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述醚类溶剂为DME和DOL混合液,其中DME和DOL溶剂的体积比为(0.8～1.2):1。4.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述锂盐为LiTFSI和LiNO3混合物，其中，LiTFSI的浓度为1.0～1.5mol/L，LiNO3的浓度为0.15～0.25mol/L。5.一种锂硫电池，包括正极材料，负极材料，隔膜和权利要求1
‑
4任一项所述的含苯硒酚添加剂的锂硫电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭玮，孙俊鹏，郑思辰，付永柱，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：