[发明专利]一种锂硫电池电解液及锂硫电池

说明书

本发明涉及一种锂硫电池电解液，包括锂盐和有机溶剂，锂盐包括如通式（1）所示的硫酸锂衍生物和其他锂盐，通式（1）为：；其他锂盐为双三氟甲烷磺酰亚胺锂（LiTFSI）、高氯酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、全氟烷基磺酸锂和全氟烷基磺酸酰甲基锂中的一种或者几种；通式（1）所示的硫酸锂衍生物和其他锂盐的摩尔质量比为1:0.3~6。本发明通过对电解液成分的改进，提高了锂硫电池的初始容量以及循环寿命。

技术领域

本发明属于电池电解液材料领域，具体涉及一种锂硫电池电解液及锂硫电池。

背景技术

锂硫电池是以单质硫或含硫材料为电池正极，金属锂作为负极的一种锂电池。根据单位质量的单质硫被完全还原为硫化锂所能提供的电量可计算出锂硫电池的放电理论容量为1675mAh/g，理论能量密度为2567Wh/Kg，与传统的锂离子电池相比，锂硫电池具有极大的优点，有望代替常规锂离子电池成为未来的高能量密度、长寿命的二次电池。

但是锂硫电池在实际应用中还存在诸多问题，如锂硫电池在充放电过程中含硫材料会发生巨大的体积变化，这将破坏正极极片的整体结构，导致循环过程中正极材料从集流体上的粉化脱落。同时，循环中产生的多硫化物会产生“穿梭效应”，这种“穿梭效应”会引起比容量的急剧衰减以及低的库伦效率，导致循环性能的下降。更重要的是硫本身几乎不导电，使得常规的锂硫电池远远不能达到其理论容量。

电解液作为锂硫电池四大主要组成部分之一，对于促进锂离子的传输起着关键作用。但是尽管占到总的电池质量的90％，传统锂硫电解液的有机溶剂仅仅维持锂离子传输，而对于进一步提高锂硫电池的容量没有起到实质性作用。同时，在传统电解液的锂硫电池循环过程中，产生可溶解的多硫化物在正负极间的“穿梭”，所以未能很好的解决锂硫电池长期循环差的基本问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够提高初始容量和常温循环性能的锂硫电池电解液及锂硫电池。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明的一个目的是提供一种锂硫电池电解液，包括锂盐和有机溶剂，所述的锂盐包括如通式(1)所示的硫酸锂衍生物和其他锂盐，

所述的通式(1)为：式中，L为被卤素取代或未取代的碳原子数为1～12的烷基、被卤素取代或未取代的碳原子数为2～12的烷氧基、被卤素取代或未取代的碳原子数为6～12的芳基、被卤素取代或未取代的碳原子数为2～7的烯基、被卤素取代或未取代的碳原子数为3～8的炔基、被卤素取代或未取代的碳原子数为1～6的含有硫原子的有机基团、被卤素取代或未取代的碳原子数为4～10的含有硅原子的有机基团、被卤素取代或未取代的碳原子数为2～7的含有氰基的有机基团、被卤素取代或未取代的碳原子数为2～12的含有磷原子的有机基团，其中，所述的卤素取代为全取代或部分取代；

所述的其他锂盐为双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)、高氯酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、全氟烷基磺酸锂和全氟烷基磺酸酰甲基锂中的一种或者几种；

所述的通式(1)所示的硫酸锂衍生物和所述的其他锂盐的摩尔质量比为1:0.3～6。

优选地，所述的通式(1)所示的硫酸锂衍生物为甲基硫酸锂、乙基硫酸锂、丙基硫酸锂、丁基硫酸锂、戊基硫酸锂、己基硫酸锂、庚基硫酸锂、辛基硫酸锂、异丙基硫酸锂、仲丁基硫酸锂、三氟甲基硫酸锂、2,2,2-三氟乙基硫酸锂、2,2,3,3-四氟丙基硫酸锂、1,1,1,3,3,3-六氟-2-丙基硫酸锂、甲氧基乙基硫酸锂、乙氧基乙基硫酸锂、甲氧基丙基硫酸锂、苯基硫酸锂、4-甲基苯基硫酸锂、4-氟苯基硫酸锂、全氟苯基硫酸锂、乙烯基硫酸锂、烯丙基硫酸锂、炔丙基硫酸锂、1-氧代-1-(2-丙炔氧基)丙烷-2-基硫酸锂、2-(三甲基甲硅烷基)乙基硫酸锂、2-氰基乙基硫酸锂以及1,3-二氰基丙炔基-2-基硫酸锂中的一种或几种。

进一步优选地，所述的通式(1)所示的硫酸锂衍生物为乙基硫酸锂、三氟甲基硫酸锂、2-氰基乙基硫酸锂中的一种或几种。