包含含硼酸盐类锂盐的电解质的锂硫二次电池制造技术

本发明专利技术提供一种锂硫二次电池，所述锂硫二次电池包含正极、负极、隔膜和电解质。所述电解质含有硼酸盐类锂盐，所述硼酸盐类锂盐为二氟(草酸)硼酸锂、双(草酸)硼酸锂或它们的组合。相对于所述电解质的总重量，所述硼酸盐类锂盐在所述电解质中的含量超过0ppm且小于1000ppm。因为所述锂硫二次电池在所述电解质中含有特定的硼酸盐类锂盐，所以所述锂硫二次电池的循环性能得到改善。电池的循环性能得到改善。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含含硼酸盐类锂盐的电解质的锂硫二次电池


[0001]本专利技术涉及一种锂硫二次电池，所述锂二次电池包含含硼酸盐类锂盐的电解质。具体地，本专利技术涉及一种锂硫二次电池，所述锂硫二次电池包含含有作为硼酸盐类锂盐的二氟(草酸)硼酸锂、双(草酸)硼酸锂或它们的组合的电解质。
[0002]本申请要求基于2020年10月29日提交的韩国专利申请第10
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2020
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0142432号和第10
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2020
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0142418号的优先权权益，通过引用将其全部内容并入本文中。

技术介绍

[0003]随着二次电池的应用领域扩展到电动车辆(EV)或能量存储装置(ESS)，具有相对较低的相对于重量的能量存储密度(～250Wh/kg)的锂离子二次电池对这些产品的应用有局限性。或者，因为锂硫二次电池理论上能够实现高的相对于重量的能量存储密度(～2600Wh/kg)，所以它作为下一代二次电池技术备受关注。
[0004]锂硫二次电池是指将具有硫
‑
硫键(S
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S键)的硫类材料用作正极活性材料并将锂金属用作负极活性材料的电池系统。作为正极活性材料的主要材料的硫具有资源非常丰富、无毒并且原子量低的优点。
[0005]在锂硫二次电池中，在所述电池放电时，作为负极活性材料的锂在释放电子的同时被氧化并由此离子化，并且作为正极活性材料的硫类材料在接受电子的同时被还原。在这种情况下，锂的氧化反应是锂金属释放电子并转化为锂阳离子形式的过程。此外，硫的还原反应是S
‑
S键接受两个电子并转化为硫阴离子形式的过程。锂的氧化反应所产生的锂阳离子通过电解质转移到正极，并与通过硫的还原反应而产生的硫阴离子结合以形成盐。具体地，放电之前硫具有环状S8结构，其通过还原反应而转化为多硫化锂(LiS
x
)。当所述多硫化锂被完全还原时，生成硫化锂(Li2S)。
[0006]作为正极活性材料的硫由于其导电性低的特性而在固态形式下难以确保与电子和锂离子的反应性。在现有的锂硫二次电池中，为了提高硫的反应性，生成Li2S
x
形式的中间体多硫化物以诱发液相反应并提高反应性。在这种情况下，作为电解液的溶剂，使用对于多硫化锂溶解度高的醚类溶剂如二氧戊环和二甲氧基乙烷。此外，在常规的锂硫二次电池中，为了提高反应性，构建了阴极电解质型锂硫二次电池系统，在这种情况下，由于多硫化锂溶解在电解液中的特性而使得硫的反应性和寿命特性取决于电解液的含量而受到影响。为了实现高能量密度，应在低含量的条件下注入电解液，但随着电解液含量的降低，电解液中多硫化锂的浓度升高，使得由于活性材料的流动性下降和副反应的增加而导致电池难以正常运行。
[0007]为了制造具有高能量密度的锂硫二次电池，需要一种能够运行高负载、低孔隙率的电极的电池系统，并且在相关技术中持续对这种电池系统进行研究。
[0008]现有技术文献
[0009][专利文献][0010](专利文献1)韩国专利未决的公布第10
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2019
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0006923号

技术实现思路

[0011][技术问题][0012]本专利技术的目的是提供一种锂硫二次电池，所述锂硫二次电池通过向锂硫二次电池的电解质中添加特定的硼酸盐类锂盐而能够改善锂硫二次电池的循环性能。
[0013][技术方案][0014]本专利技术提供一种锂硫二次电池，所述锂硫二次电池包含正极、负极、隔膜和电解质，所述电解质含有硼酸盐类锂盐。
[0015]在本专利技术的一个实施方案中，硼酸盐类锂盐为二氟(草酸)硼酸锂、双(草酸)硼酸锂或它们的组合。
[0016]在本专利技术的一个实施方案中，相对于电解质的总重量，硼酸盐类锂盐在电解质中的含量为超过0ppm且小于1000ppm。
[0017]在本专利技术的一个实施方案中，电解质还包含非水溶剂和锂盐，非水溶剂包含氟化线型醚。
[0018]在本专利技术的一个实施方案中，所述氟化线型醚选自：1,1,2,2
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四氟乙基2,2,3,3
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四氟丙基醚、1,1,2,2
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四氟乙基2,2,2
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三氟乙基醚、双(氟甲基)醚、2
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氟乙基甲基醚、双(2,2,2
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三氟乙基)醚、丙基1,1,2,2
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四氟乙基醚、异丙基1,1,2,2
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四氟乙基醚、1,1,2,2
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四氟乙基异丁基醚、1,1,2,3,3,3
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六氟丙基乙基醚、1H,1H,2'H,3H
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十氟二丙基醚、1H,1H,2'H
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全氟二丙基醚及其组合。
[0019]在本专利技术的一个实施方案中，相对于非水溶剂的总重量，非水溶剂含有50重量％至99重量％的氟化线型醚。
[0020]在本专利技术的一个实施方案中，锂盐选自：LiN(FSO2)2、LiSCN、LiN(CN)2、LiN(CF3SO2)2、LiN(CF3CF2SO2)2、LiPF6、LiF、LiCl、LiBr、LiI、LiNO3、LiClO4、LiAlO4、LiAlCl4、LiSbF6、LiAsF6、LiBF2C2O4、LiBC4O8、Li(CF3)2PF4、Li(CF3)3PF3、Li(CF3)4PF2、Li(CF3)5PF、Li(CF3)6P、LiCF3SO3、LiC4F9SO3、LiCF3CF2SO3、LiCF3CF2(CF3)2CO、Li(CF3SO2)2CH、LiCF3(CF2)7SO3、LiCF3CO2、LiCH3CO2及其组合。
[0021]在本专利技术的一个实施方案中，所述正极包含正极活性材料层，所述正极活性材料层具有30％以上且小于70％的孔隙率。
[0022]在本专利技术的一个实施方案中，正极具有3.0mAh/cm2至10.0mAh/cm2的正极活性材料负载量。
[0023]在本专利技术的一个实施方案中，正极包含硫
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碳复合材料作为正极活性材料。
[0024]在本专利技术的一个实施方案中，相对于硫
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碳复合材料的总重量，硫
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碳复合材料含有60重量％至90重量％的硫。
[0025]在本专利技术的一个实施方案中，非水溶剂还包含非氟化的线型醚、环状醚、聚醚或它们的混合物。
[0026][有益效果][0027]在根据本专利技术的锂硫二次电池中，锂硫二次电池的循环性能通过向电解质中添加特定的硼酸盐类锂盐而得到改善。
[0028]作为特定的硼酸盐类锂盐，向锂硫二次电池的电解质中添加小于1000ppm的二氟(草酸)硼酸锂或双(草酸)硼酸锂。考虑到在相关
中，通常，当电解质添加剂的用量
为1重量％(10000ppm)以上时，能够获得期望的改善电池性能的效果，二氟(草酸)硼酸锂或双(草酸)硼酸锂与
中使用的普通电解质添加本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种锂硫二次电池，所述锂硫二次电池包含正极、负极、隔膜和电解质，其中所述电解质含有硼酸盐类锂盐，所述硼酸盐类锂盐为二氟(草酸)硼酸锂、双(草酸)硼酸锂或它们的组合。2.根据权利要求1所述的锂硫二次电池，其中相对于所述电解质的总重量，所述硼酸盐类锂盐在所述电解质中的含量超过0ppm且小于1000ppm。3.根据权利要求1所述的锂硫二次电池，其中所述电解质还包含非水溶剂和锂盐，所述非水溶剂含有氟化线型醚。4.根据权利要求3所述的锂硫二次电池，其中所述氟化线型醚选自：1,1,2,2
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四氟乙基2,2,3,3
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四氟丙基醚、1,1,2,2
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四氟乙基2,2,2
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三氟乙基醚、双(氟甲基)醚、2
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氟乙基甲基醚、双(2,2,2
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三氟乙基)醚、丙基1,1,2,2
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四氟乙基醚、异丙基1,1,2,2
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四氟乙基醚、1,1,2,2
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四氟乙基异丁基醚、1,1,2,3,3,3
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六氟丙基乙基醚、1H,1H,2'H,3H
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十氟二丙基醚、1H,1H,2'H
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全氟二丙基醚及其组合。5.根据权利要求3所述的锂硫二次电池，其中相对于所述非水溶剂的总重量，所述非水溶剂包含50重量％至99重量％的所述氟化线...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴寅台，金容辉，朴昶勋，李昌勋，
申请(专利权)人：株式会社LG新能源，
类型：发明
国别省市：