锂硫电池用电解质和包含该电解质的锂硫电池制造技术

本发明专利技术涉及一种锂硫电池用电解质和包含该电解质的锂硫电池，更具体地，该电解质作为非水有机溶剂含有包含苯系化合物的第一溶剂和包含1,3

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】锂硫电池用电解质和包含该电解质的锂硫电池


[0001]本申请要求于2021年7月30日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10
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2021
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0100729号的利益，其公开内容通过引用以其整体并入本文中。
[0002]本专利技术涉及一种锂硫电池用电解质和包含该电解质的锂硫电池。

技术介绍

[0003]随着锂二次电池的应用范围不仅扩展到便携式电子装置和通信装置，而且扩展到电动车辆(EV)和储电系统(ESS)，对用作其电源的高容量锂二次电池的需求已经增加。
[0004]在各种锂二次电池之中，锂硫电池是使用含有硫
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硫键的硫系材料作为正极活性材料，并且使用锂金属、其中锂离子发生嵌入/脱嵌的碳系材料、或与锂形成合金的硅或锡作为负极活性材料的电池系统。
[0005]硫是锂硫电池中正极活性材料的主要材料，优点在于其原子量低、资源非常丰富，因此易于供应和获得，并且价格便宜、无毒且环保。
[0006]此外，锂硫电池的理论放电容量高达1672mAh/g，这是由正极中锂离子和硫的转化反应(S8+16Li
+
+16e
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→
8Li2S)获得的，并且当使用锂金属(理论放电容量：3860mAh/g)作为负极时，表现出2600Wh/kg的理论能量密度。由于与目前正在研究的其它电池系统(Ni
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MH电池：450Wh/kg，Li
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FeS电池：480Wh/kg，Li
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>MnO2电池：1000Wh/kg，Na
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S电池：800Wh/kg)和锂离子电池(250Wh/kg)的理论能量密度相比，这是一个非常高的数值，因此锂硫电池作为一种高容量、环保且低成本的锂二次电池，在目前为止开发的二次电池之中备受关注，并且正作为下一代电池系统被进行各种研究。
[0007]在锂硫电池的情况下，在放电时，锂金属在负极释放电子，并被氧化为锂阳离子的形式，而硫在正极接受电子并被还原为硫阴离子的形式。具体而言，作为正极活性材料的硫经由多硫化锂(Li2S
x
，x＝8、6、4、2)最终还原为硫化锂(Li2S)。
[0008]在锂硫电池中用作正极活性材料的硫具有低导电性，因此以固相形式难以确保与电子和锂离子的反应性。因此，为了改善硫的反应性，通过在锂硫电池的放电过程期间产生的中间产物即多硫化锂引发液相反应，为此，主要使用对多硫化锂具有高溶解度的醚系化合物作为电解质用的溶剂。
[0009]然而，当使用醚系化合物作为电解质用的溶剂时，由于多硫化锂从正极溶出及其穿梭现象，随着循环的进行，会加速电池的容量和循环寿命特性的劣化，并且在实际运行中，存在一个问题，即由于与直至最终产物的电化学反应相伴随的过电压大，没有实现理论放电容量和理论能量密度的全部。
[0010]因此，为了解决多硫化锂的溶出问题，正在研究诸如改性正极活性材料或最少化电解质含量的各种方法。
[0011]例如，韩国专利公开第2016
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0037084号公开了通过使用涂覆有作为碳材料的石墨烯的三维结构碳纳米管聚集体，可以阻止多硫化锂溶解和流出，并且改善硫碳纳米管复合物的导电性。
[0012]此外，韩国专利第1379716号公开了通过使用通过用氢氟酸处理石墨烯以在石墨烯表面上形成孔、并在孔中生长硫粒子的方法制备的含有硫的石墨烯复合物作为正极活性材料，可以抑制多硫化锂的溶出，从而使电池容量的减少最小化。
[0013]这些现有技术具有的问题在于，尽管通过改变用作正极活性材料的硫碳复合物的结构或材料来防止多硫化锂的溶出，但效果并不充分，并且难以商业化使用。此外，存在如下问题：由于电解质中包含的醚系溶剂的特性，锂硫电池中的电解质含量越低，在充电/放电期间粘度增加得越快，由此发生过电压，可能容易劣化。因此，仍然需要开发能够抑制多硫化锂溶出以实现优异的性能和运行稳定性的锂硫电池。
[0014][现有技术文献][0015][专利文献][0016]韩国专利公开第2016
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0037084号(2016年4月5日)，硫
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碳纳米管复合物、其制备方法、包含其的锂硫电池用正极活性材料及包含其的锂硫电池
[0017]韩国专利第1379716号(2014年3月25日)，具有由包含硫的石墨烯复合物构成的电极的锂硫二次电池及其形成方法

技术实现思路

[0018]技术问题
[0019]作为进行各种研究以解决上述问题的结果，本专利技术的专利技术人已经确认，当锂硫电池用电解质包含作为非水有机溶剂的两种特定化合物时，在抑制了多硫化锂的溶出的同时，呈现对锂离子的优异传导性，从而能够改善锂硫电池的容量和循环寿命特性，由此完成了本专利技术。
[0020]因此，本专利技术的目的是提供一种锂硫电池用电解质，该电解质能够实现具有优异性能和运行稳定性的锂硫电池。
[0021]此外，本专利技术的另一个目的是提供一种包含该电解质的锂硫电池。
[0022]技术方案
[0023]为了实现上述目的，本专利技术提供一种锂硫电池用电解质，其包含锂盐和非水有机溶剂，其中所述非水有机溶剂含有包含苯系化合物的第一溶剂和包含1,3
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二氧戊环的第二溶剂。
[0024]在本专利技术的一个实施方式中，所述苯系化合物可以包含选自由苯、1,4
‑
二氟苯、1,3,5
‑
三氟苯、1,2,4,5
‑
四氟苯和六氟苯组成的组中的至少一种。
[0025]在本专利技术的一个实施方式中，所述第一溶剂和第二溶剂的体积比可以是1:0.5至1:4。
[0026]在本专利技术的一个实施方式中，所述锂盐可包含选自由LiCl、LiBr、LiI、LiClO4、LiBF4、LiB
10
Cl
10
、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiC4BO8、LiAsF6、LiSbF6、LiAlCl4、LiSO3CH3、LiSO3CF3、LiSCN、LiC(CF3SO2)3、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、LiN(SO2F)2、氯硼烷锂、具有4个以下碳原子的低级脂族羧酸锂、四苯基硼酸锂和亚氨基锂组成的组中的至少一种。
[0027]在本专利技术的一个实施方式中，所述第二溶剂与锂盐的摩尔比可以为4:1以上。
[0028]此外，本专利技术提供一种锂硫电池，该锂硫电池包含所述锂硫电池用电解质。
[0029]有益效果
[0030]由于根据本专利技术的锂硫电池用电解质含有包含两种特定化合物的非水有机溶剂，多硫化锂的溶出得以抑制，因此正极的容量呈现得以最大化，从而改善了锂硫电池的容量特性并确保了稳定的循环寿命特性。
附图说明
[0031]图1是显示多硫化锂是否溶解于在实施例和比较例((a)：实施例1，(b)：实施例2，(c)：实施例3，(d)：实施例4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】1.一种锂硫电池用电解质，所述电解质包含锂盐和非水有机溶剂，其中所述非水有机溶剂含有包含苯系化合物的第一溶剂和包含1,3
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二氧戊环的第二溶剂。2.根据权利要求1所述的锂硫电池用电解质，其中所述苯系化合物包含选自由苯、1,4
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二氟苯、1,3,5
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三氟苯、1,2,4,5
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四氟苯和六氟苯组成的组中的至少一种。3.根据权利要求2所述的锂硫电池用电解质，其中所述苯系化合物包含苯。4.根据权利要求2所述的锂硫电池用电解质，其中所述苯系化合物包含1,4
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二氟苯。5.根据权利要求1所述的锂硫电池用电解质，其中所述第一溶剂与所述第二溶剂的体积比为1:0.5至1:4。6.根据权利要求1所述的锂硫电池用电解质，其中所述锂盐包含选自由LiCl、LiBr、LiI、LiClO4、LiBF4、LiB
10
Cl
10
、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiC4BO8、LiAsF6、LiSbF6、LiAlCl4、LiSO3CH3、LiSO3CF3...

【专利技术属性】
技术研发人员：李圭泰，韩东夹，梁洪瑄，孙权男，金伦耕，金东珉，
申请(专利权)人：首尔大学校产学协力团，
类型：发明
国别省市：