[发明专利]一种用去溶剂化胶态电解液改善锂硫电池性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用去溶剂化胶态电解液改善锂硫电池性能的方法，尤其适用于以硫化聚丙烯腈为正极锂金属为负极的二次锂硫电池，属于化工产品的技术领域。

背景技术

随着石油以及燃煤等不可再生能源的不断消耗，以及人类对能源需求的不断增加；新能源的开发和储存对人类的可持续发展具有重要的意义。汽车的电动化能够减少石油的消耗以及降低汽车尾气排放量从而改善大气环境质量。锂离子电池作为电动汽车的动力代替石油已经在实践中有了应用。但是传统的锂离子电池的能量密度有限，使得电动汽车的行驶里程及汽车牵引力和传统的以石油为动力的汽车相比仍有很大的差距；这就限制了电动汽车的广泛应用。因此，研究开发高比能量高功率密度的绿色二次电池迫在眉睫。此外，信息技术的快速发展以及移动互联网4G时代的到来和数码产品更多的功能需求也对电池的容量提出很大的挑战。然而锂硫电池作为下一代的高比能量二次电池非常有前景。典型的硫正极理论比能量可达到1672mAh/g，理论能量密度可达到2600Wh/kg。同时锂金属负极理论比能量也可达到3860mAh/g，更重要的是金属锂的标准电位是所有金属中最小的(-3.040Vvs标准氢电极)。但是锂硫电池的主要问题是放电中间产物聚硫锂化合物在电解液中的溶解导致正极容量的快速衰减，另一个主要的问题就是负极锂枝晶的生长导致电池短路引发安全问题。

由于单质硫是电子绝缘体，对于锂硫电池正极材料，很多的关注点都在碳硫复合材料上，各种介孔碳例如石墨烯、碳纳米管等都用来做硫的载体。另外聚合物在高温下和单质硫成键形成聚合物硫复合材料也被用作锂硫电池正极材料。介孔碳能够包裹聚硫化合物中间产物从而限制中间产物在电解液中的溶解。同时聚合物电解质和快离子导体等也用来改善锂硫电池正极的循环稳定性及电池的安全性。研究者也用一些电解液添加剂来抑制金属锂负极的枝晶生长。但是这些方法也没有从根本上解决锂硫电池存在的这些问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服锂硫电池中聚硫化合物的溶解和抑制锂枝晶的生长，提供了一种用去溶剂化胶态电解液改善锂硫电池循环稳定性及安全性的方法。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

一种用去溶剂化胶态电解液改善锂硫电池性能的方法，将溶质加入到溶剂中，通过搅拌3-48个小时得到粘度范围为10-100cp的高粘度溶液，控制溶质和溶剂的质量比在0.4-0.8之间，得到去溶剂化胶态电解液；然后将所得的电解液用于锂硫电池中，通过这种方法即可改善锂硫电池的电化学性能。

所述溶质为六氟磷酸锂(LiPF₆)，高氯酸锂(LiCIO₄)，四氟硼酸锂(LiBF₄)，六氟砷酸锂(LiAsF₆)中的至少一种。

所述溶剂为碳酸酯类溶剂；

所述溶剂为碳酸乙烯酯(EC)与碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、聚碳酸酯(PC)、碳酸甲乙酯(EMC)中的一种或多种混合；比例要求为任意比例。

与去溶剂化胶态电解质匹配的正极材料的组成为活性材料、导电剂和粘结剂，其中正极活性材料和导电剂的比例要求范围为1-8之间，活性材料加导电剂混合材料和粘结剂比例要求范围为2-19之间，并且所述比例为质量比；其中活性材料为硫化聚丙烯腈或碳硫复合材料；导电剂为乙炔黑或导电石墨；粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)或聚丙烯腈(PAN)；隔膜为聚乙烯(PE)或玻璃纤维；与去溶剂化的胶态电解质匹配的负极材料为金属锂。

有益效果

1、本发明的一种用去溶剂化胶态电解液改善锂硫电池性能的方法，因为电解质的高粘度及胶态以及电解质的去溶剂化作用,该去溶剂化胶态电解质能够抑制正极多硫化合物的溶解，增加正极材料的循环稳定性和倍率循环稳定性。

2、本发明的一种用去溶剂化胶态电解液改善锂硫电池性能的方法，因为粘度增加降低了电解液中离子的扩散电流密度，增加了电极反应的可逆性，而且由于离子含量的增加降低了电极表面的电场强度使这种去溶剂化胶态电解质能够抑制负极锂枝晶的生长，增加电池的安全性能。

3、同时由于普通电解质的溶剂化作用降低了锂离子的传递和反应活性，使得电池性能降低；而去溶剂化胶态电解质能降低电极反应的阻抗，增强电池的电化学性能。将此种去溶剂化胶态电解液用于以硫化聚丙烯腈为正极锂金属为负极的二次锂硫电池中表现出良好的电化学性能。该种方法简单可行，操作步骤可控，有利于推进锂硫电池应用。

附图说明