[发明专利]基于卤素锂盐的电解液及其所得锂硫电池与制备方法

说明书

本发明公开了一种基于卤素锂盐的电解液及其所得锂硫电池与制备方法。所述电解液包括以下原料组分：卤素锂盐、硝酸锂、双(三氟甲磺酰基)酰亚胺锂、环状醚和链状醚。本发明所得电解液对金属锂负极稳定、能够加快硫的转化动力学、成本低、不腐蚀铝箔集流体、分子小、粘度低、对电极和隔膜的润湿性好，在实现对现有的锂硫电池电解液的低成本化改性的同时，可显著提高锂硫电池电解液的安全性和锂硫电池的循环寿命。

技术领域

本发明属于锂硫电池的技术领域，具体涉及新型锂硫电池电解液的技术领域。

背景技术

锂离子电池在日常生活中得到了广泛的应用，但大规模储能装置的高能量密度和高成本效益使其被更加有效的替代品取代的需求日益显著，其中，锂硫电池因高理论比容量、高能量密度、高成本效益受到了广泛关注，被认为是一种非常有发展前景的、可替代现有锂离子电池的储能电池器件。锂硫电池可使金属锂应用到电池中从而提高电池的能量密度，同时，其中作为正极材料的硫元素在自然界中丰富、廉价、无毒、环保，可满足电动汽车和便携式电子设备不断增长的能源需求。

锂硫电池由三个核心材料构成：电解液、正极材料、负极材料，其中，电解液不仅直接连接正极，而且是氧化还原反应中锂离子输运的介质，影响和控制着界面反应和电池的安全性，其成本与添加量也对锂硫电池的成本和质量能量密度起到了主要影响作用。

锂硫电池常用的电解液溶质为双(三氟甲磺酰基)酰亚胺锂，但是作为一种有机锂盐，双(三氟甲磺酰基)酰亚胺锂有其应用的局限性，原因主要包括：其对金属锂负极不稳定，硫的转化动力学缓慢，价格成本高，在高电压下会腐蚀作为集流体的铝箔，锂的质量百分比含量低，导致配制电解液时需要加入的盐质量太多，使电解液中粘度升高，阻碍活性离子在电解液中的传输等。因此需要开发对金属锂负极稳定，能够加快硫的转化动力学，价格成本低，在循环过程中不会腐蚀集流体，且分子相对较小，电解液粘度较低，对电极润湿性好，导电率高的新型电解液。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的主要在于克服目前锂硫电池电解液对金属锂负极不稳定、硫的转化动力学缓慢、价格成本高、在高电压下会腐蚀铝箔集流体、锂的质量百分比含量低、配制电解液时需要加入的盐质量太多导致电解液粘度高的缺点，提供一种对金属锂负极稳定、能够加快硫的转化动力学、成本低、不腐蚀铝箔集流体、分子小、粘度低、对电极和隔膜的润湿性好的锂硫电池新型电解液及其所得新型锂硫电池，并提供所述电解液及电池的制备方法。所述新型电解液基于卤素锂盐得到，在实现对现有的锂硫电池电解液的低成本化改性的同时，可显著提高锂硫电池电解液的安全性和锂硫电池的循环寿命。

本发明的技术方案如下：

基于卤素锂盐的电解液，其包括含锂组分与醚组分，其中，所述含锂组分包括：卤素锂盐、硝酸锂、双(三氟甲磺酰基)酰亚胺锂；所述醚组分包括：环状醚和链状醚。

根据本发明的一些优选实施方式，所述卤素锂盐选自氟化锂、氯化锂、溴化锂、碘化锂中的一种或多种；所述环状醚选自1，3-二氧戊环和/或四氢呋喃；所述链状醚选自乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲基醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚中的一种或多种。

根据本发明的一些优选实施方式，所述卤素锂盐的物质的量占所述含锂组分的总物质的量的10％～80％。

根据本发明的一些优选实施方式，所述环状醚和所述链状醚形成的混合溶剂中，所述环状醚的体积占所述混合溶剂总体积的20％～80％。

根据本发明的一些优选实施方式，所述含锂组分的质量与所述醚组分的体积比为(5～300)mg：1mL。

本发明进一步提供了上述电解液的一种制备方法，其包括：

(1)在惰性气氛中依次称取所述卤素锂盐、所述硝酸锂和所述双(三氟甲磺酰基)酰亚胺锂，并将其加入所述环状醚和所述链状醚组成的混合溶剂中，得到混合体系；