CN112928331A - 一种锂硫电池用电解液 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种锂硫电池用电解液，该电解液包括基础成分和添加剂，所述添加剂包括三联吡啶氯化钌、三联吡啶氯化钴、三联吡啶氯化镍和三联吡啶氯化铁中的一种或多种。本发明能优化电池反应电力学，提高了反应速率，减小电极与电解液间的电阻，提升了电池的容量、循环寿命及倍率性能。其中三联吡啶基团可以有效地吸附在导电剂及碳材料上，提升整体电极的导电能力，而其中的金属元素和氯元素可以有效地吸附多硫化物以及催化硫的转换反应，提升电池容量以及降低电池的穿梭效应。

Description

一种锂硫电池用电解液
技术领域
本发明涉及一种锂硫电池用电解液。
背景技术
随着经济和科学技术的发展，人类的能源结构正不断向清洁、可持续方向发生改变。目前，具有高能量密度、长循环寿命等特点的锂离子电池已成为消费类电子产品的主要电源，扮演着及其重要的角色。但随着高比能量移动设备的发展，锂离子电池已难以满足现在的市场需求。相比于传统锂离子电池，锂硫电池由于其超高的理论比容量(1675mAh/g)及理论能量密度(2600Wh/kg)、丰富的硫储量和低廉的价格等优势，因而被认为是最具有发展潜力的新型储能体系之一，可以被应用于便携电子产品、动力汽车以及大规模储能等领域。但是锂硫电池仍存在着诸多的问题和挑战，例如电池体系的反应物单质S8以及终还原产物Li2S2和Li2S拥有极低的电子和离子电导率、充放电过程中电极的体积变化、和单质S8在电池充放电过程中产生可溶于电解液中的多硫化物，容易穿梭到电池负极并在金属锂表面沉积引起电池活性材料不可逆的损失等缺陷，最终将导致锂硫电池活性物质利用率低，电池循环稳定性差，从而制约了锂硫电池的发展和应用。
在锂硫电池正极中加入各种材料作为硫骨架材料来提升电池性能。比如加入碳材料可以有效的提升电极的导电性，加入氧化物材料可以有效吸附多硫化物从而抑制穿梭效应的产生。另外加入纳米多孔材料也可以为硫的体积膨胀提供更多的空间。然而这些方法都是添加固相的材料在正极中，势必会降低正极中活性物质所占的比重。
鉴于此，本案发明人对上述问题进行深入研究，遂有本案产生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以降低锂硫电池极化，并提高其充放电容量和循环性能的锂硫电池用电解液。
为了达到上述目的，本发明采用这样的技术方案：
一种锂硫电池用电解液，该电解液包括基础成分和添加剂，所述添加剂包括三联吡啶氯化钌(C30 H24 Cl2 N6 Ru)、三联吡啶氯化钴(C30 H24 Cl2 N6 Co)、三联吡啶氯化镍(C30H24 Cl2 N6 Ni)和三联吡啶氯化铁(C30 H24 Cl2 N6 Fe)中的一种或多种。
作为本发明的一种优选方式，所述添加剂在电解液中的质量百分比为0.1％-5％。
作为本发明的一种优选方式，所述基础成分包括非水有机溶剂和锂盐，非水有机溶剂在电解液中的质量百分比为80％-95％。
作为本发明的一种优选方式，所述锂盐为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、三氟甲磺酸锂、双三氟甲磺酰亚胺锂、硝酸锂中的一种或几种。
作为本发明的一种优选方式，所述锂盐的浓度为0.1mol/L-1.0mol/L。
作为本发明的一种优选方式，所述非水有机溶剂为线性醚类溶剂或环形醚类溶剂中的一种或多种。
作为本发明的一种优选方式，所述线性醚类溶剂为乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚或其衍生物，所述环形醚类溶剂为1,3-二氧五环或其衍生物。
作为本发明的一种优选方式，所述非水有机溶剂是在氩气手套箱下，与氢化钙混合搅拌除水一周，然后在氮气或惰性气体保护下，经过减压蒸馏提纯所制得。
采用上述方案后，本发明具有的有益效果是：
一、本发明由于采用了三联吡啶氯化钌、三联吡啶氯化钴、三联吡啶氯化镍和三联吡啶氯化铁中的一种或多种作为电解液的添加剂，可以参与锂硫电池充放电过程但本身不参与电池反应，可以起到改变电池电极过程动力学的作用。本发明能优化电池反应电力学，提高了反应速率，减小电极与电解液间的电阻，提升了电池的容量、循环寿命及倍率性能。其中三联吡啶基团可以有效地吸附在导电剂及碳材料上，提升整体电极的导电能力，而其中的金属元素和氯元素可以有效地吸附多硫化物以及催化硫的转换反应，提升电池容量以及降低电池的穿梭效应。
二、该电解液的添加剂稳定性好，结构简单，能与放电产物有着很好的接触，降低电池的极化。
三、该电解液配方简单，容易制备，有利于大批量生产。
附图说明
图1是实施例1电解液制作的锂硫电池的充放电曲线图。
图2是实施例1电解液制作的锂硫电池的循环性能图。
图3是实施例1电解液制作的锂硫电池的倍率性能图。
具体实施方式
为了进一步解释本发明的技术方案，下面结合实施例进行详细阐述。
本发明所述的锂硫电池，是指用锂作负极，硫或硫复合物为正极的电池。
实施例1
将线性醚类溶剂(乙二醇二甲醚)与环形醚类溶剂(1,3-二氧五环)按比例1:1混合，并除水。在室温氦气气氛下将导电锂盐三氟甲基磺酸锂与硝酸锂分别按0.5mol/L的比例称取并溶于上述溶剂中，搅拌均匀，得到基础电解液。在上述基础电解液中加入三联吡啶氯化钌，三联吡啶氯化钌在整个电解液质量百分比为0.1％，得到目标电解液。在氦气气氛下装配锂硫电池并进行电池测试。空白测试对象为没有添加三联吡啶氯化钌的基础电解液装配的电池。两者性能参照图1-3所示。
实施例2
将线性醚类溶剂(乙二醇二甲醚)与环形醚类溶剂(1,3-二氧五环)按比例1:5混合，并除水。在室温氦气气氛下将导电锂盐双三氟甲磺酰亚胺锂与硝酸锂分别按0.3mol/L的比例称取并溶于上述溶剂中，搅拌均匀，得到基础电解液。在上述基础电解液中加入三联吡啶氯化钌和三联吡啶氯化钴，质量百分比(相对于整个电解液)分别为0.05％和0.05％，得到目标电解液。在氦气气氛下装配锂硫电池并进行电池测试。空白测试对象为没有添加添加剂的基础电解液装配的电池。
实施例3
将线性醚类溶剂(乙二醇二甲醚)与环形醚类溶剂(1,3-二氧五环)按比例3:1混合，并除水。在室温氦气气氛下将导电锂盐三氟甲基磺酸锂与六氟磷酸锂分别按0.3mol/L和0.7mol/L的比例称取并溶于上述溶剂中，搅拌均匀，得到基础电解液。在上述基础电解液中加入三联吡啶氯化镍，质量百分比(相对于整个电解液)为0.2％，得到目标电解液。在氦气气氛下装配锂硫电池并进行电池测试。空白测试对象为没有添加三联吡啶氯化镍的基础电解液装配的电池。
本发明中，添加剂采用三联吡啶氯化钌、三联吡啶氯化钴、三联吡啶氯化镍和三联吡啶氯化铁中的一种或多种，均能够起到类似于实施例1的效果。
本发明的产品形式并非限于本案实施例，任何人对其进行类似思路的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (9)

1.一种锂硫电池用电解液，该电解液包括基础成分和添加剂，其特征在于：所述添加剂包括三联吡啶氯化钌、三联吡啶氯化钴、三联吡啶氯化镍和三联吡啶氯化铁中的一种或多种。
2.如权利要求1所述的一种锂硫电池用电解液，其特征在于：所述添加剂在电解液中的质量百分比为0.1％～5％。
3.如权利要求2所述的一种锂硫电池用电解液，其特征在于：所述基础成分包括非水有机溶剂和锂盐，非水有机溶剂在电解液中的质量百分比为80％～95％。
4.如权利要求3所述的一种锂硫电池用电解液，其特征在于：所述锂盐为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、三氟甲磺酸锂、双三氟甲磺酰亚胺锂、硝酸锂中的一种或几种。
5.如权利要求4所述的一种锂硫电池用电解液，其特征在于：所述锂盐的浓度为0.1mol/L～1.0mol/L。
6.如权利要求5所述的一种锂硫电池用电解液，其特征在于：所述非水有机溶剂为线性醚类溶剂或环形醚类溶剂中的一种或多种。
7.如权利要求6所述的一种锂硫电池用电解液，其特征在于：所述线性醚类溶剂为乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚或其衍生物，所述环形醚类溶剂为1,3-二氧五环或其衍生物。
8.如权利要求7所述的一种锂硫电池用电解液，其特征在于：所述非水有机溶剂是在氩气手套箱下，与氢化钙混合搅拌除水一周，然后在氮气或惰性气体保护下，经过减压蒸馏提纯所制得。
9.如权利要求1至7任一项所述的一种锂硫电池用电解液，其特征在于：锂硫电池用锂作负极，硫或硫复合物为正极。
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