[发明专利]二次锂硫电池阻燃性电解液及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及二次锂硫电池电解液体系，特别涉及一种用于二次锂硫电池的阻燃电解液及其制备方法，以及由阻燃电解液组装的锂硫电池。

背景技术

常规的锂离子电池受其正极材料容量的限制，能量密度较低（约150Wh kg^-1），无法满足大型电动车的需求，而可充电锂硫电池具有相当可观的理论能量密度（2600Whkg^-1）。但锂硫电池应用于实际还需考虑到类似于传统锂离子电池存在的安全性问题。首先，锂硫电池的电解液现在大多采用醚类有机溶剂，如1，3-二氧戊烷（DOL）与乙二醇二甲醚（DME），也有一部分采用碳酸酯类有机溶剂，但沸点都较低，易燃，在电池滥用状态下，存在起火爆炸的危险。其次，锂硫电池以金属锂作负极，其与有机溶剂之间的反应以及锂枝晶的形成都会影响电池的安全性。最后，正极材料大多是由导电碳材料与硫单质复合而成，两者都易燃烧，削弱了电池安全性。类似于传统锂离子电池采用含磷阻燃剂电解液增强安全性的方法，在锂硫电池电解液中加入适量阻燃剂可降低电解液的可燃性，从而提高锂硫电池的安全性能，消除因在电池中应用液态电解液存在的安全隐患。

锂离子电池电解液阻燃添加剂中研究得最多的是磷系类阻燃剂，如烷基类磷酸酯：磷酸三甲酯（TMP）、甲基膦酸二甲酯（DMMP）、磷酸三苯酯（TPP）等，以及卤代烷基类磷酸酯如三（2，2，2-三氟乙基）亚磷酸酯（TTEP）。中国专利CN1558464A公开了一类用作锂离子电池电解液共溶剂的阻燃剂（TMP,TEP,TBP），该类阻燃剂对电化学性能有影响，电池循环的比容量稍有减小。中国专利CN101702445A公开了一种用于锂离子电池电解液的阻燃剂（甲基膦酸二甲酯），该阻燃剂对电池性能无影响，对电解液的阻燃效果好，但未见任何关于阻燃添加剂应用于锂硫电池的报道。选择与硫正极材料兼容性好，对电池电化学性能影响小，阻燃效果好且价格低廉的阻燃剂是本发明的出发点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二次锂硫电池阻燃性电解液及其制备方法，以及由该阻燃电解液组装的锂硫电池。本发明的阻燃性电解液采用的阻燃剂与硫正极材料兼容性好，对电池电化学性能影响小，阻燃效果好且价格低廉。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

第一方面，本发明涉及一种二次锂硫电池阻燃性电解液，所述阻燃性电解液包含锂盐、有机溶剂及阻燃剂；所述阻燃剂占阻燃电解液总重的质量百分比含量为1%～50%。

优选地，所述阻燃剂为含磷阻燃剂。

进一步优选地，所述含磷阻燃剂为碳酸三甲酯（TMP）、磷酸三乙酯（TEP）、磷酸三丁酯（TBP）、磷酸三苯酯（TPP）、甲基膦酸二甲酯（DMMP）、亚磷酸三苯酯（TPP（i））、亚磷酸三甲酯（TMP(i)）、三（2，2，2-三氟乙基）亚磷酸酯（TTEP）中的一种或几种。

优选地，所述锂盐为LiPF₆、LiBF₄、二草酸硼酸锂(LiBOB)、LiClO₄、LiCF₃SO₃或LiN(CF₃SO₂)₂。

优选地，所述有机溶剂为碳酸酯类、醚类有机溶剂中的一种或几种。

进一步优选地，所述碳酸酯类有机溶剂为碳酸乙烯酯（EC）、碳酸丙烯酯（PC）、乙基甲基碳酸酯（EMC）、碳酸二甲酯（DMC）或碳酸二乙酯（DEC）。

进一步优选地，所述醚类有机溶剂为二氧五环（DOL）、乙二醇二甲醚（DME）、二乙二醇二甲醚或四乙二醇二甲醚。

第二方面，本发明涉及一种前述的二次锂硫电池阻燃性电解液的制备方法，包括如下步骤：

a、将锂盐溶于有机溶剂中，得到浓度为0.5～2mol/L的电解液；

b、在步骤a得到的电解液中加入阻燃剂，得到阻燃电解液；所述阻燃剂占阻燃电解液总重的质量百分比含量为1%～50%。

优选地，所述阻燃剂为含磷阻燃剂。

第三方面，本发明涉及一种由前述的阻燃性电解液组装的二次锂硫电池，其使用的硫基材料为单质硫S₈、多硫化锂、硫基复合材料、有机硫化合物或碳硫聚合物；

所述多硫化锂化学式为：Li₂S_n，其中，1≤n≤8；