一种提升锂硫电池性能的电解液添加剂及高性能锂硫电池制造技术

本发明专利技术公开了一种提升锂硫电池循环寿命的电解液添加剂及长寿命锂硫电池，通过在锂硫电池电解液体系中引入离子型添加剂，这类添加剂的特点在于，其可在锂硫电池的电解液体系中电离，其阳离子与溶解于电解液中的多硫化物阴离子具有较强的结合能力且空间体积较大，减缓多硫化物阴离子的迁移，而其阴离子在电解液中的迁移速率快于多硫化物阴离子，可率先抵达锂负极表面形成电中性，这样溶解的多硫化物阴离子向锂负极的迁移将受阻，从而缓解“穿梭效应”；同时添加剂阴离子还可参与形成保护性固体

【技术实现步骤摘要】
一种提升锂硫电池性能的电解液添加剂及高性能锂硫电池


[0001]本专利技术属于锂硫电池
，尤其涉及一种提升锂硫电池性能的电解液添加剂及高性能锂硫电池。

技术介绍

[0002]商用锂离子电池正极材料，如钴基或镍基层状金属氧化物LiCoO2(LCO)、LiNi
x
Co
y
Mn
z
O2(NCM)、LiNi
x
Co
y
Al
z
O2(NCA)，以及橄榄石结构LiFePO4(LFP)，比容量都不超过280mAh g
‑1，能量密度小于700Wh kg
‑1，并且成本较高。因此，开发新型二次电池，特别是新型正极材料是当务之急。硫是一种丰度非常高的元素，且成本低廉。当用作正极材料时，其理论比容量和能量密度分别为1675mAh g
‑1和2510Wh kg
‑1，是一种非常具有实际应用前景的商用正极材料替代品。
[0003]尽管锂硫电池具有上述的优点，但其仍面临着一些实际问题，如S及其放电产物(Li2S，Li2S2)的导电率低、充放电循环过程中涉及的多硫化物飞梭效应会导致较严重的自放电、库仑效率低、循环寿命短、S转变为Li2S涉及的体积膨胀大(约80％)、S正极利用率低等，而其中最亟待解决并且最引人关注的问题是多硫化物的飞梭效应。在解决多硫化物飞梭的常用方案中，改善电解液体系，如添加电解液添加剂、采用新的电解液体系等是最为简便的改进手段，其更易于实际使用而不会增加电池制造的复杂性。季铵盐、季磷盐或季砷盐类添加剂由于其阳离子与多硫阴离子的强结合作用，将有效减缓已溶解多硫化物在电解液中向负极的迁移，同时其阴离子的迁移速率高于多硫阴离子，放电过程中将率先抵达负极附近形成电中性，进一步减缓多硫化物向负极的迁移的动力学，两种作用共同实现对飞梭效应的抑制，延长锂硫电池循环寿命，提升锂硫电池的性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种提升锂硫电池性能的电解液添加剂及高性能锂硫电池，可以实现对锂硫电池性能的提高及寿命的延长。
[0005]本专利技术的目的通过下述技术方案实现：
[0006]提升锂硫电池性能的电解液添加剂，其特征在于：添加剂为离子型添加剂，其在电解液中可解离为阴阳离子。
[0007]可选的，所述添加剂阳离子种类为季铵阳离子、季磷阳离子、季砷阳离子中的一种。
[0008]可选的，所述季铵阳离子、季磷阳离子、季砷阳离子中的有机碳链为4个碳及以上长度的碳链，如烷基链、烯基链、炔基链、芳烃或氟代烷基链、氟代烯基链、氟代炔基链、氟代芳烃中的一种或几种。
[0009]可选的，所述碳链为正丁基、全氟正丁基、正戊基、全氟正戊基、正己基、全氟正己基、正庚基、全氟正庚基、正辛基、全氟正辛基、正壬基、全氟正壬基、正癸基、全氟正癸基、正十一烷基、全氟正十一烷基、正十二烷基、全氟正十二烷基、正十六烷基、全氟正十六烷基、
苯基、氟苯基等中的一种或几种。
[0010]可选的，所述添加剂阴离子种类为氟离子、氯离子、溴离子、碘离子、氰基离子、氢氧根离子、六氟磷酸根离子、四氟硼酸根离子、双
‑
三氟甲基磺酰亚胺离子、双
‑
氟磺酰亚胺离子、双草酸硼酸离子、二氟草酸硼酸离子中的一种。
[0011]可选的，用于溶解如权利要求1至权利要求5所述添加剂的电解液溶剂组分为1,3
‑
二氧五环、1,4
‑
二氧六环、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯中的一种或几种。
[0012]可选的，用于溶解如权利要求1至权利要求5所述添加剂的电解液溶质组分为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双
‑
三氟甲基磺酰亚氨锂、双
‑
氟磺酰亚胺锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂中的一种或几种。
[0013]高性能锂硫电池，包括：正极、负极、电解液，电解液为含有前述提升锂硫电池循环寿命的电解液添加剂的电解液。
[0014]可选的，所述正极材料为硫、碳
‑
硫复合材料、硫化锂、碳
‑
硫化锂复合材料中的一种。
[0015]可选的，所述负极材料为金属锂、硅
‑
锂合金、预锂化石墨、金属铜箔中的一种。
[0016]通过以上技术方案可知，本专利技术利用季铵盐、季磷盐或季砷盐类的特性，在传统锂硫电池电解液体系中引入此类添加剂，由于季铵盐阳离子与多硫阴离子的强结合作用，将有效减缓已溶解多硫化物在电解液中向负极的迁移，如图1所示，同时其阴离子的迁移速率高于多硫阴离子，放电过程中将率先抵达负极附近形成电中性，进一步减缓多硫化物向负极的迁移的动力学，两种作用共同实现对飞梭效应的抑制，给锂硫电池带来更长的循环寿命。
附图说明
[0017]图1为实施例1中所制备得到的电解液添加剂在电解液体系中对多硫离子飞梭效应抑制作用的机理示意图；
[0018]图2为实施例7中所组装的锂硫电池与对比例1中所组装的锂硫电池的恒电流充放电循环性能对比图；
[0019]图3为实施例7中所组装的锂硫电池与对比例2和对比例3中所组装的锂硫电池的恒电流充放电循环性能对比图；
[0020]图4为实施例8中所组装的锂硫电池与对比例4中所组装的锂硫电池循环性能对比图；
[0021]图5为实施例9中所组装的对称电池与对比例5中所组装的对称电池循环的电化学阻抗对比图；
[0022]以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行进一步详细说明。
具体实施方式
[0023]为使本专利技术的上述和其它目的、特征及优点能更明显展示，下面特举本专利技术实施例做详细说明，但并不作为对专利技术做任何限制的依据。
[0024]本专利技术思路为：在锂硫电池电解液体系中引入添加剂，该类添加剂为离子型添加剂，其在电解液中可解离为阴阳离子，将引入添加剂后的改进电解液用于锂硫电池。
[0025]本专利技术所用添加剂的阳离子种类为季铵阳离子、季磷阳离子、季砷阳离子中的一种。
[0026]本专利技术所用添加剂中的季铵阳离子、季磷阳离子或季砷阳离子中的有机碳链为4个碳及以上长度的碳链，如烷基链、烯基链、炔基链、芳烃或氟代烷基链、氟代烯基链、氟代炔基链、氟代芳烃中的一种或几种。本专利技术所用添加剂中季铵阳离子、季磷阳离子或季砷阳离子上的有机碳链为正丁基、全氟正丁基、正戊基、全氟正戊基、正己基、全氟正己基、正庚基、全氟正庚基、正辛基、全氟正辛基、正壬基、全氟正壬基、正癸基、全氟正癸基、正十一烷基、全氟正十一烷基、正十二烷基、全氟正十二烷基、正十六烷基、全氟正十六烷基、苯基、氟苯基等中的一种或几种。
[0027]本专利技术所用添加剂阴离子种类为氟离子、氯离子、溴离子、碘离子、氰基离子、氢氧根离子、六氟磷酸根离子、四氟硼酸根离子、双
‑
三氟甲基磺酰亚胺本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.提升锂硫电池性能的电解液添加剂，其特征在于：添加剂为离子型添加剂，其在电解液中可解离为阴阳离子。2.如权利要求1所述的提升锂硫电池性能的电解液添加剂，其特征在于：添加剂阳离子种类为季铵阳离子、季磷阳离子、季砷阳离子中的一种。3.如权利要求1或2所述的提升锂硫电池性能的电解液添加剂，其特征在于：所述季铵阳离子、季磷阳离子、季砷阳离子中的有机碳链为4个碳及以上长度的碳链，如烷基链、烯基链、炔基链、芳烃或氟代烷基链、氟代烯基链、氟代炔基链、氟代芳烃中的一种或几种。4.如权利要求1或2或3所述的提升锂硫电池性能的电解液添加剂，其特征在于：所述碳链为正丁基、全氟正丁基、正戊基、全氟正戊基、正己基、全氟正己基、正庚基、全氟正庚基、正辛基、全氟正辛基、正壬基、全氟正壬基、正癸基、全氟正癸基、正十一烷基、全氟正十一烷基、正十二烷基、全氟正十二烷基、正十六烷基、全氟正十六烷基、苯基、氟苯基等中的一种或几种。5.如权利要求1所述的提升锂硫电池性能的电解液添加剂，其特征在于：添加剂阴离子种类为氟离子、氯离子、溴离子、碘离子、氰基离子、氢氧根离子、六氟磷酸根离子、四氟硼酸根离子、双
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三氟甲基磺酰亚胺离子、双
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氟磺酰亚胺离子、双草酸硼酸离子、二氟草酸硼酸离子中的一种。6.如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖丹，郭勇，王玉珏，孟岩，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：