[发明专利]一种锂硫电池电解液的改性硅铝酸盐添加剂及制备方法

说明书

本发明提出一种锂硫电池电解液的改性硅铝酸盐添加剂及制备方法，通过偏铝酸钠、氢氧化钠、水玻璃制备得到Y型分子筛前驱体，之后通过表面活性剂和酸碱晶化处理获得介孔硅铝酸盐，最后使用有机锂盐对其进行改性，使有机锂源进入介孔硅铝酸盐孔隙中，获得负载锂的介孔硅铝酸盐颗粒。本发明制得的添加剂结构稳定，添加入电解液中通过改性介孔硅铝酸盐对多硫化物的吸附作用，将多硫化物固定在固体颗粒中，有效解决了现有锂硫电池电解液对于多硫化锂的溶解难以长效控制的问题，抑制多硫化物通过电解液穿过隔膜，从而保持负极材料不被腐蚀，提高电池的容量稳定性，改善了电池长循环性能。

技术领域

本发明涉及锂硫电池材料领域，具体涉及一种锂硫电池电解液的改性硅铝酸盐添加剂及制备方法。

背景技术

为减少对不可再生石化资源的依赖，同时减少极大污染环境的废气排放，并且随着人类对动力电池和移动电源设备需求的增长，对环境友好型、循环寿命长、比容量高的锂离子电池的研究变得越来越有意义。

锂硫电池具有高达2600Wh/kg的理论比能量，是铅酸电池等普通电池的3-4倍，远优于其他传统锂离子电池正极材料，同时锂硫电池的正极材料为自然界常态的单质硫，其具有成本相对较低，储量丰富、无毒等优点，减少了电池废弃对环境的污染程度，是下一代新能源电池的主流导向。在典型的锂硫电池中，金属锂作为负极材料，与单质硫正极利用离子电解液或固体电解质隔离开来，硫在电极材料中以其最为稳定的分子结构存在，由2.07g.cm^-3的密度堆垛成一个八原子环的结构(S8)。在电池的整个放电过程中，正极锂与负极硫发生反应，硫-硫键被破坏，八原子环结构打开，硫与锂结合，硫链条不断变短。整个放电过程中所产生的易溶性的多硫化合物会溶解于电解液中，不溶的Li2S2 和Li2S形成并且沉淀在锂负极表面，导致负极极化增大，最终一旦 Li2S 覆盖了整个电极框架，电压就会迅速下降，导致放电的终结。

虽然锂硫电池具有较高的理论比容量和低成本的优势，但其缺点也相当明显，正极材料在充放电过程中产生可溶性的多硫化物，同时向负极穿梭，引起负极材料的腐蚀和正极材料的容量的不可逆下降。目前针对正极材料的改进主要通过不溶性基底材料进行复合，将正极的硫固定在正极材料内部。但是正极材料改进制备工序较复杂，且难以有效解决多硫化锂在电解液中的溶解和穿梭。针对电解液的改进抑制多硫化物的穿梭效应从而提高电池的循环稳定性能是一个方便可行的方向之一。其中，在电解液中引入添加剂是一种简单、经济的方法。

中国发明专利申请号201710807396.4公开了一种锂硫电池用电解液，包含电解质锂盐、离子液体、非溶剂液体与添加剂，添加剂为有别于电解质锂盐的另一种具有成膜功能的锂盐，非溶剂液体可选择氟化醚。中国发明专利申请号201610833354.3公开了一种用于锂硫电池的电解液，电解液中还添加N,N-羰基二咪唑(CDI)、N,N-羰基二咪唑磺酰胺、硫代羰基二咪唑中的一种或二种以上的正极保护剂，由于正极保护剂(含有-N键/-S键)，可吸附溶解的硫或多硫化物，抑制锂硫电池中的“穿梭效应”。中国发明专利申请号201710472347.X 公开了一种高库伦效率锂硫电池电解液，包括醚类有机溶剂、锂盐和特定的添加剂，进而抑制多硫化物的来回穿梭，有效的抑制锂硫电池的穿梭效应。上述电解液添加剂中有机类组分在室温工作条件下较为稳定，一定程度能够抑制穿梭效应，但是，有机类组分难以在复杂工作条件下保持结构稳定性，对于多硫化锂的溶解难以长期有效控制，电池的长期稳定性和循环性能不佳。因此提出一种稳定性较佳的添加剂抑制多硫化物的穿梭效应对提高电池的长期循环稳定性能具有十分重要的实际意义。

发明内容

针对现有锂硫电池电解液对于多硫化锂的溶解难以有效控制的问题，本发明提出一种锂硫电池电解液的改性硅铝酸盐添加剂及制备方法，通过改性介孔硅铝酸盐制成结构稳定的负载锂的介孔硅铝酸盐颗粒，抑制多硫化物通过电解液穿过隔膜，从而保持在复杂工作环境下负极材料不被腐蚀。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：