[发明专利]具有弱溶剂化电解质的锂硫电池

说明书

具有弱溶剂化电解质的锂硫电池，电解质的量为每毫克硫低于2μl。电解质包含二氧戊环和己基甲基醚以及Li盐，例如LiTSFi。电解质不含硝酸锂LiNO₃。

技术领域

本发明涉及具有弱溶剂化电解质的锂硫(LiS)电池。

背景技术

对于含液体的锂硫(LiS)电池，常用的方法是使用电解质，其中大部分具有电化学活性的硫，尤其是多硫化物，溶解在电解质中。

在转让给Sion Power公司的美国专利US7354680中，公开了实例，特别是公开了包含如1,3-二氧戊环(DOL,C₃H₆O₂)的开链醚、如二甲氧基乙烷(DME)的环醚以及如LiN(CF₃SO₂)₂(双(三氟甲烷)磺酰亚胺锂盐，也被称为LiTFSI)的锂盐的电解质。此外，电解质还含有作为添加剂的硝酸锂LiNO₃。通常认为后面的这种添加剂可防止因多硫化物迁移而导致电池性能迅速降低。然而，该技术的问题之一是产生气体。

替代方法包括弱溶剂化电解质，在弱溶剂化电解质中电化学活性的硫仅少量溶解。在电池电解质的一般技术中，术语“弱溶剂化”与术语“微溶剂化”一起用于指那些仅溶解少量活性多硫化物的电解质。

由于不需要大体积来溶解多硫化物，因此可以使用较少量的电解质，这反过来又降低了电池单元的总重量，因此具有相应增加能量密度的潜力。

该主题在由Cheng、Curtiss、Zavadil、Gewirth、Shao和Gallagher于2016年发表在ACS Energy Letters上的文章《用于高能量密度的锂硫电池的微溶剂化电解质》中进行了讨论，并可在因特网http://pubs.acs.org/journal/aelccp上获得该文章。在这篇文章中，说明了为了在能量密度基础上与锂离子技术竞争，每克硫接近1ml电解质的这个数值是必需的，但认为这个低数值具有挑战性。

在由Lee、Pang、Ha、Cheng、Sang-Don Han、Zavadil、Gallagher、Nazar和Balasubramanian于2017年发表在ACS Central Science上的文章《通过高能量密度电池的微溶剂化电解质来引导锂-硫反应途径》中发现了深一步的讨论，可在因特网http://pubs.acs.org/journal/acscii上获得该文章。

在中国专利申请CN107681197A、CN108054350A、CN108281633A和CN108091835A中，公开了微溶剂化电解质的实例。在韩语的WO 2018/004110中公开了更多的实例，尤其是如DOL的环醚和乙二醇醚的混合物，用于电解质，该电解质还包含锂盐。

在转让给弗劳恩霍夫的德国专利申请DE 102017209790.6以及相应的国际专利申请WO 2018/224374中，公开了微溶剂化电解质的其他实例。在这些披露中，优选的电解质包含体积比为80:20的己基甲基醚(HME)和1,2-二甲氧基乙烷。WO 2018/224374中没有具体公开含HME和另外的醚的电解质的其他实例。

从上面可以看出，已经普遍提出了弱溶剂化电解质，并且已经认识到优势是它的量少。然而，目前还没有提出切实可行的技术方案。特别是对于具有电解质的量低至2ml/g电解质，甚至更低的电化学电池单元，目前还没有找到令人满意的技术方案。

发明内容

因此，本发明的目的是提供本领域的改进。特别地，目的是提供具有高能量密度的LiS电池。另一个目的是提供一种具有少量的微溶剂化电解质的电化学电池单元，尤其是具有的电解质体积小于2ml/g电解质。