一種電解液及其制備方法以及一種鋰硫電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種電解液及其制備方法，和采用該電解液制備的鋰硫電池。電解液包含電解質(zhì)鋰鹽、非水有機(jī)溶劑和含醚基官能團(tuán)的離子液體，使用含醚基官能團(tuán)的離子液體作為溶劑，可以顯著降低電解液的蒸汽壓，改善電解液的阻燃性能，醚基官能團(tuán)的存在有利于提高鋰鹽在電解液中的溶解性和解離度。
【專利說明】—種電解液及其制備方法以及一種鋰硫電池
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋰電池電極材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種電解液及其制備方法，和采用該電解液制備的一種鋰硫電池。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著緊湊便攜式電子產(chǎn)品設(shè)備和動(dòng)力電池的快速發(fā)展，對高能量密度電池的需求日益增加。單質(zhì)硫具有較高的理論比容量(1675mAh/g)和比能量(2600Wh/kg)，是傳統(tǒng)鋰離子電池理論能量密度的5倍以上，目前所開發(fā)的鋰硫電池的實(shí)際能量密度為400~600Wh/kg，是商業(yè)鋰離子電池實(shí)際能量密度的2~3倍。作為正極材料的單質(zhì)硫還具有自然儲(chǔ)量豐富，價(jià)格低廉，環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。
[0003]鋰硫電池體系也是當(dāng)下學(xué)術(shù)界廣泛研究的焦點(diǎn)，一般認(rèn)為，鋰硫電池存在的主要問題在于:I)單質(zhì)硫的電子電導(dǎo)率較低。2)充放電過程中產(chǎn)生的Sxn_陰離子具有較強(qiáng)的親核能力，其與碳酸酯、LiPF6等溶劑或者電解質(zhì)材料之間存在相互作用，所以傳統(tǒng)鋰離子電池電解液不適合于鋰硫電池體系，3)充放電過程中產(chǎn)生的多硫化物(Li2Sx) (X = 4~8)會(huì)逐漸溶解到電解液中并在正、負(fù)極之間穿梭，從而造成正極活性物質(zhì)的損失，同時(shí)這也是鋰硫電池庫倫效率低、容量衰減快的重要因素。4)采用金屬鋰作為負(fù)極，在長循環(huán)過程中存在鋰枝晶的問題。
[0004]為了解決鋰硫電池上述的問題，目前的工作主要著重于正極材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即通過正極外圍包覆聚合物或者使用添加劑來吸附形成的多硫化物從而達(dá)到對多硫化物的截留作用。鋰硫電池電解液體系大多選擇化學(xué)穩(wěn)定性良好的三氟甲基磺酰亞胺鋰(LiTFSI)以及醚基(DME和D0L)溶劑，但是醚基溶劑具有較強(qiáng)的極性和給體數(shù)(DN)，對多硫化物的溶解性比較大，為了抑制溶劑對多硫化物的溶解性，有研究報(bào)道可以提高電解質(zhì)鹽的濃度來達(dá)到目的(L.Suo, et al., Nature Communication, 2013)。另外也有報(bào)道選擇固態(tài)電解質(zhì)可以部分抑制枝晶的產(chǎn)生(X.Liang, et al., Journal of Power Sources, 2011, 196, 3655),但是有機(jī)全固態(tài)電解質(zhì)的電導(dǎo)率較低，導(dǎo)致電池在室溫下難以大電流充放電。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于【背景技術(shù)】所存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種用于鋰硫電池的電解液以及包含該電解液的鋰硫電池，該電解液可以有效抑制多硫化物在電解液中的溶解，可以在金屬鋰表面形成穩(wěn)定的鈍化膜，并且具有良好的阻燃性能，這些性質(zhì)保證了鋰硫電池具有良好的循環(huán)性能和安全性能。
[0006]本發(fā)明的另一目的在于提供上述一種鋰硫電池及其制備方法。
[0007]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):[0008]一種電解液，包含電解質(zhì)鋰鹽、非水有機(jī)溶劑和含醚基官能團(tuán)的離子液體，所述的含醚基官能團(tuán)離子液體的結(jié)構(gòu)式為C+[Α]-，其中陽離子C+的結(jié)構(gòu)為如下之一:
[0009]
【權(quán)利要求】
1.一種電解液，包含電解質(zhì)鋰鹽、非水有機(jī)溶劑和含醚基官能團(tuán)的離子液體，所述的含醚基官能團(tuán)離子液體的結(jié)構(gòu)式為C+[A]_，其中陽離子C+的結(jié)構(gòu)為如下之一:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，所述R1,R2, R3或R4為不含醚基的基團(tuán)時(shí)，R1, R2, R3或R4的結(jié)構(gòu)為-CnH2n+1，η = I~4 ;醚基官能團(tuán)離子液體化合物中陰離子Α_為Nt(V1SO2)(V2SO2)]-,其中 V1J2 為 CF3、C2F5、C3F7、C4F9、C6F13、C8F17、HCF20CF2CF2CF2 的任一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，所述含電解質(zhì)鋰鹽包括主鹽-全氟烷基磺酰亞胺鋰，其中:全氟烷基磺酰亞胺鋰的結(jié)構(gòu)式為LiNt(T1SO2) (T2SO2) ], Τ” T2為CF3、C2F5' C3F7' C4F9'C6F13' C8F17' HCF20CF2CF2CF2 的任一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電解液，所述鹽-全氟烷基磺酰亞胺鋰在電解液中的濃度為0.5 ~5mol/L,優(yōu)選為 0.8 ~4mol/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電解液，所述含電解質(zhì)鋰鹽還包括輔鹽，所述輔鹽為LiDFOB、LiBOB的至少一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電解液，所述輔鹽在電解液中的濃度為O~2mol/L，優(yōu)選為0.1 ~0.5mol/L。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，所述非水有機(jī)溶劑包括醚類溶劑，所述醚類溶劑包括二氧五環(huán)、1，3-二氧六環(huán)、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚或四乙二醇二甲醚的一種以上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，所述含醚基官能團(tuán)離子液體占溶劑比例為10~60%。
9.一種電解液制備方法，將電解質(zhì)鋰鹽溶解到非水有機(jī)溶劑和含醚基官能團(tuán)的離子液體中，充分?jǐn)嚢杈鶆颍频脵?quán)利要求1-8任一種所述的電解液。
10.一種鋰硫電池，包括正極片、負(fù)極片、隔膜以及權(quán)利要求1-9任一種所述的電解液。
【文檔編號】H01M10/0566GK104022307SQ201410286582
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月24日
【發(fā)明者】仰永軍, 韓鴻波, 陳衛(wèi) 申請人:東莞市凱欣電池材料有限公司