[发明专利]一种用于锂硫电池的电解液及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电解液以及其制备方法，尤其涉及一种适合二次锂-硫电池的电解液及其高效实用的制备方法，属于化学电源领域。

背景技术

随着世界能源的消耗需求不断增长，可开发利用的石油资源日益枯竭，而环境污染却更加严重，如何解决全球经济发展对能源需求的增加和环境污染的加重已经成为一个全球化的问题。因此世界各国对风能、太阳能等清洁能源的储存再利用，以及加快电动汽车替代燃油汽车的研究越来越重视；此外大量移动式数码电子设备的普及应用；这些都需要安全、低廉、高能量密度和长寿命的二次电池来实现。目前商品化的锂离子二次电池正极材料主要是层状或尖晶石结构的锂过渡金属氧化物(如钴酸锂、锰酸锂)和橄榄石结构的磷酸亚铁锂。这些正材料因受自身理论比容量的限制难以满足未来移动电子设备和储能需求(LiCoO₂为275mAh/g，LiMn₂O₄为148mAh/g，LiFePO₄为172mAh/g)，燃料电池由于目前还难以摆脱贵金属催化剂Pt，所以也在短时间内很难实用化，而二次锂-硫电池由于具有很高的理论能量密度(2500Wh/kg，2800Wh/L)，且单质硫价格便宜、资源丰富及对环境友好的优点，因此二次锂-硫电池有望成为未来的高能量密度和长寿命二次电池(化学进展，2013，25(11)，1867，Energy Environ.Sci.，2011，4，3243-3262-3243)。近几年国内外的研究机构对锂硫电池进行了广泛的研究，但在液体电解液体系中，单质硫在放电过程中生成的多硫离子易溶解在电解液中，发生迁移扩散脱离正极导电骨架，导致电池的容量衰减较快，循环性能较差。为了解决这些问题，近年来研究思路主要有：一、对正极复合材料进行了大量的探索和研究，主要采用各种导电碳、导电聚合物、纳米氧化物来吸附抑制放电中间物多硫离子的迁移扩散，提高电池的循环性能(2013，J.Mater.Chem.A，2013，1，11659，Angew.Chem.，Int.Ed.，2011，50，5904，Adv.Mater.，2010，22，5198，J.Power Sources，2013，231，153，J.Am.Chem.Soc.，2013，135，763)；二、采用各种添加剂比如多硫离子、五硫化磷、穿梭抑制剂硝酸锂来提高电池的循环性能(CN102983361，Angew.Chem.Int.Ed.2013，52，1，Adv.Energy Mater.2013，3，833，Energy Environ.Sci.，2013，6，176)；特别是多硫离子能够明显改善电池的循环性能。

尽管上述文章和专利均说明了含有多硫离子的电解液能够提高锂硫电池的循环性能，但是多硫离子通常为S₈^2-、S₇^2-、S₆^2-、S₅^2-、S₄^2-、S₃^2-、S₃^-、S₂^2-八种离子的总和(Anal.Chem.2012，84，3973)，由于分离出单组分多硫离子能进一步提高锂硫电池的循环性能，所以开发分离富集单独某一种多硫离子并制成锂硫电池电解液的方法非常重要，特别是目前还没有任何公开的文献和专利报道如何获得含有高纯度单一组分多硫离子的锂硫电池电解液制备方法。

发明内容

本发明的目的主要是针对现有技术不足，提供一种原料来源广泛、成本低廉的能够进一步提高锂硫电池的循环寿命和增加安全性能的新的电解液，包括提供这种电解液的制备方法。

本发明解决上述技术问题，提出的电解液摩尔配比如下：

Li₂S_x纯度大于40％，x为1～12，其纯度特别优选为大于80％，最佳为大于95％。

本发明所述的用于Li-S电池的电解液，所含Li₂S_x在电解液中的摩尔浓度以硫元素计为0.01mM-5.0M，特别优选为0.1m M-2M，最佳为0.1m M-0.1M。