[发明专利]一种锂硫电池电解液及其应用

说明书

本发明属于锂硫电池电解液技术领域，具体公开了一种锂硫电池电解液，其包含导电锂盐、疏水有机溶剂和添加剂，所述的添加剂为具有式1结构式化合物中的至少一种：式1中R₁、R₂、R₃、R₄独自为烷烃基，其中，至少一个取代基为长碳链烷烃基，至少一个取代基为短碳链烷烃基；所述的长碳链烷烃基的主链碳数不低于12；所述的短碳链烷烃基的碳数不大于6；所述的添加剂的含量为0.1wt％～10wt％；所述的X‑为卤素阴离子；所述添加剂可以在锂金属表面原位生成均匀致密的保护膜，抑制锂枝晶的生长和死锂的产生，提升锂硫电池的充放电效率和循环稳定性。

技术领域

本发明属于锂硫电池领域，具体涉及一种用于锂硫电池的含添加剂的电解液及用这种电解液的锂硫电池。

背景技术

近年来，锂硫电池因为其高能量密度(2500Wh/kg、2800Wh/L)，活性物质硫来源广、价格低廉等优势而备受研究者的关注，被认为是最具发展潜力的下一代高能量密度储能器件之一。但由于使用锂金属作为负极，因此存在以下问题：(1)锂反应活性高，几乎能够与电解液中的所有物质发生反应，产物复杂且不稳定，存在较多的副反应，从而导致充放电效率降低。(2)界面反应不均匀，极易产生锂枝晶和死锂，使得锂循环效率降低，锂枝晶的生长容易刺破隔膜，引起电池短路，影响电池循环寿命。(3)锂沉积溶解所产生的体积膨胀收缩效应会引起表面SEI膜破损，造成电池阻抗增大及活性锂损失。因此，在锂负极表面构筑稳定保护层，将锂和电解液有效隔离，是锂硫电池成功应用的关键技术。

目前，很多学者在保护锂负极方面做了大量的研究，主要集中在锂金属表面固态电解质层(SEI膜)的构筑和调控上。一种方法是预先成膜，通过在负极表面形成一层相对稳定的人造SEI膜，减少多硫化物与锂金属的反应，抑制锂枝晶的生长，减少锂金属与电解液的接触，减少副反应。但存在同锂表面接触不紧密，均匀性差，界面阻抗持续增大等问题，尚没有实现商业化。另一种方法是通过电解液添加剂在锂金属表面原位成膜，形成一层均匀致密的固态电解质保护层，从而起到保护锂负极的目的，这种方式所形成的保护层结构往往比较均匀致密，并且厚度较薄，相应的阻抗较小并且稳定，如Zhan Lin提出在电解液中添加五硫化磷，不仅可以在锂负极表面形成一层保护膜，还可以溶解不可逆沉积的多硫化锂，使得锂硫电池的稳定性有所提高，但是五硫化磷对多硫化物的溶解可能会加速多硫化物的穿梭。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种含添加剂的锂硫电池电解液，旨在较小添加剂量下显著提升电解液的性能。

不同种类电池，对与之匹配的部件以及材料的要求不同。例如，对于锂硫电池而言，要求其电解液对电极具有良好的润湿性、且能够解决锂枝晶问题，提高比容量和库伦效率等循环性能。然而，现有锂硫电池电解液在该方面还存在较多欠缺，为此，本发明提供了一种锂硫电池用电解液，包括导电锂盐、疏水有机溶剂和添加剂：所述的添加剂为具有式1结构式化合物中的至少一种：

R₁、R₂、R₃、R₄独自为烷烃基。其中，至少一个取代基为长碳链烷烃基，且至少一个取代基为短碳链烷烃基；

所述的长碳链烷烃基的主链碳数不低于12；所述的短碳链烷烃基的碳数不大于6；

所述的X为卤素；所述的添加剂的含量为0.1wt％～10wt％。

本发明发现，添加式1结构的化合物的电解液可有效提升锂硫电池的电极的润湿性，可以在锂金属表面原位生成均匀致密的保护膜，抑制锂枝晶的生长和死锂的产生，提升锂硫电池的充放电效率和循环稳定性。