[发明专利]一种结构可调的溶剂化离子液体电解液及其制备方法、锂硫电池

说明书

本发明涉及一种结构可调的溶剂化离子液体电解液及其制备方法、锂硫电池正极、锂硫电池，属于锂硫电池技术领域。本发明的结构可调的溶剂化离子液体电解液，由溶剂和如下重量份数的原料制成：10‑35份的配合剂、30‑65份的锂盐；所述配合剂为聚乙二醇二甲醚、冠醚、聚乙二醇单甲醚中的至少一种；锂盐为LiTFSI、LiTF、LiBr中的至少一种。本发明的结构可调的溶剂化离子液体电解液利用离子液体的独特结构及其与高DN(高古特曼给体数)溶剂之间特殊的配位竞争作用，设计结构可调的溶剂化离子液体电解液(SILE)，调控Lisubgt;2/subgt;S电化学沉积过程，促使生成三维结构的Lisubgt;2/subgt;S，抑制电极钝化，提高浆体电极硫利用率。

技术领域

本发明涉及一种结构可调的溶剂化离子液体电解液及其制备方法、锂硫电池正极、锂硫电池，属于锂硫电池技术领域。

背景技术

能源在人类社会中的地位不言而喻，在化石能源过度消耗引发的能源问题和环境问题日益突出的情况下，发展新型可再生能源意义重大。储能技术在能源结构调整中起着重要的桥梁作用，而液流电池储能技术具有易于规模放大、操作维护方便、长期运行成本低等诸多优点，是与可再生能源发电相配套的理想储能系统，是推动主体能源由化石能源向可再生能源更替的关键技术。而现有的液流电池比能量低，为了大规模应用风能和太阳等可再生能源，亟待开发新型高比能液流电池。

锂-硫液流电池作为一种新型液流电池，在重量和体积比能量上都具有突出的优势。锂-硫液流电池在能量密度、成本、环保等方面都具有突出的优势，在大规模储能领域将有广阔的应用前景。锂-硫液流电池采用液态或半固态硫电极，在一定程度上缓解了固态硫电极存在的一些问题(如电极变形)，且易于规模化，是发展锂-硫电池体系的一个新途径。然而，高硫负载量的浆体电极普遍存在硫利用率低的问题，导致锂-硫液流电池能量密度大幅下降。硫化锂在循环过程中发生不可控沉积，形成钝化层，是硫浆体电极硫利用率低的主要原因。

在不同电解液中，硫的电化学反应过程及放电产物Li₂S的电化学性能有很大区别，但是，电解液溶剂的DN(高古特曼给体数)、极性、粘度、电解液中LPS的浓度等对Li₂S的沉积过程及结构都有很大影响，如何开发一种能够对Li₂S的沉积过程进行调控进而提高硫的利用率、提高硫浆电极的比能量的电解液，是锂-硫液流电池研发过程亟待突破的一个问题。

发明内容

本发明提供一种结构可调的溶剂化离子液体电解液及其制备方法、锂硫电池正极、锂硫电池，以提高锂硫电池的比能量。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

一种结构可调的溶剂化离子液体电解液，由溶剂和如下重量份数的原料制成：10-35份的配合剂、30-65份的锂盐；

所述配合剂为聚乙二醇二甲醚、冠醚、聚乙二醇单甲醚中的至少一种；

锂盐为LiTFSI、LiTF、LiBr中的至少一种。

优选的，配合剂与锂盐中锂离子的摩尔比为0.3-1.5:1，进一步优选的，为1:1。

所述溶剂为DMF、DMSO、DMA中的至少一种。

锂盐在电解液中的物质的量浓度为0.4-1.6mol/L。

聚乙二醇二甲醚为二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚中的至少一种。优选的，聚乙二醇二甲醚由三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚以摩尔比1:1组成。

一种上述的结构可调的溶剂化离子液体电解液的制备方法，包括如下步骤：

1)将配合剂、锂盐混合均匀，得到结构为[Li(Gn)][X]的离子液体SILs；

2)向步骤1)得到的离子液体中加入溶剂，混合均匀，即得。