[发明专利]一种锂硫电池电解液及使用该电解液的锂硫电池

说明书

本发明公开了一种高安全性和高性能的锂硫电池电解液，该电解液由三类组分组成：0.1‑10mol/L的锂盐，氟代环状和/或氟代链状碳酸酯类复合有机溶剂和其他功能添加剂。该电解液对多硫化锂非常稳定，解决了普通碳酸酯类溶剂与多硫化锂反应的问题。同时氟元素具有良好的阻燃性能，可以显著提高使用该电解液的锂硫电池的安全性能。

技术领域

本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种锂硫电池电解液及使用该电解液的锂硫电池。

背景技术

开发高能量的电池体系是提高电动汽车续航的关键，锂硫电池是锂电池的一种，截止2013年尚处于科研阶段。锂硫电池是以硫元素作为电池正极,金属锂作为负极的一种锂电池。单质硫在地球中储量丰富，具有价格低廉、环境友好等特点。利用硫作为正极材料的锂硫电池，其材料理论比容量和电池理论比能量较高，分别达到1672m Ah/g和2600Wh/Lig，远远高于商业上广泛应用的钴酸锂电池的容量(<150mAh/g)。并且硫是一种对环境友好的元素，对环境基本没有污染，是一种非常有前景的锂电池。

由于采用硫单质的锂硫电池中间产物多硫化锂容易与常见商业化的普通碳酸酯发生反应，导致通常的锂硫电池不能使用商业化的锂离子电池电解液，如图1和2所示。目前锂硫电池大多采用醚类有机溶剂作为载体，如乙二醇二甲醚、二氧五环等，然而醚类有机溶剂存在极性小、沸点低、容易挥发、电导率低、电位窗口窄、价格高昂、易燃等缺点。

因此，针对现有锂硫电池电解液的不足，有必要进一步研发新型的锂硫电池电解液。

发明内容

为解决现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种新型的电池电解液，这种电解液主要特点是由特定的氟代碳酸酯组成，该特定的氟代碳酸酯对多硫化锂非常稳定，并且由于氟具有阻燃作用，该电解液具有难燃的特性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的第一个目的是提供一种锂硫电池电解液，该电解液由以下浓度的组分组成:0.1-10mol/L的锂盐，氟代碳酸酯有机溶剂和其他功能添加剂，所述其他功能添加剂在电解液中的质量百分比为0～8％；其中，所述氟代碳酸酯有机溶剂为氟代环状碳酸酯类化合物、氟代链状碳酸酯类化合物的一种或两种，所述氟代环状碳酸酯类化合物为三氟甲基碳酸丙烯酯(TFPC)、二三氟甲基碳酸丙烯酯(DTFPC)为一种或两种，所述氟代链状碳酸酯类化合物为双(三氟乙基)碳酸酯(DTFDEC)、三氟乙基乙基碳酸酯(TFDEC)的一种或两种。

优选的，所述氟代碳酸酯有机溶剂为氟代环状碳酸酯与氟代链状碳酸酯的混合物。

优选的，所述锂盐是LIPF₆、LIClO₄、LIAsF₆、LIBF₄、LICH₃SO₃、LICF₃SO₃、LIN(SO₂F)₂、LIFSI、LITFSI、LIClO₆、LIODFB、LIBOB、及LIN(CF₃SO₂)₂中的一种或其混合物。

优选的，其他功能添加剂是下列化合物中的一种或几种共存：碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、硝酸锂、硝酸钠、硝酸钾的一种或几种。

本发明还提供一种氟代环状碳酸酯与氟代链状碳酸酯的混合物在制备锂硫电池电解液中的应用。

本发明的第二个目的是提供上述锂硫电池电解液的制备方法，包括以下步骤：

首先将氟代碳酸酯有机溶剂除水，然后在无水无氧的环境中将锂盐加入含有氟代碳酸酯有机溶剂和/或其他功能添加剂的溶剂中，配成不同浓度的电解液。