CN103208668A - 锂空气电池用砜类电解液 - Google Patents

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张新波
徐丹
徐吉静
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Abstract

本发明提供一种锂空气电池用砜类电解液，属于电化学能源材料技术领域。该电解液包括：锂盐和有机溶剂，所述的有机溶剂为二甲基亚砜、二苯基亚砜、氯化亚砜、环丁砜或二丙砜中的一种或多种。本发明的砜类电解液具有低挥发性、高的氧气溶解能力、电化学窗口宽的优点，尤其对超氧根具有优异的稳定性，有利于可逆产物的生成和副反应的抑制，用于锂空气电池时，能进一步提高电池的可逆性，对电池容量、倍率性能以及循环稳定性都有显著改善效果。实验结果表明：应用本发明的砜类电解液组装成的扣式电池，在0.05mAcm-2电流密度下，首次放电比容量可高达9400mAhg-1。

Description

锂空气电池用砜类电解液
技术领域
本发明属于电化学能源材料技术领域，具体涉及一种锂空气电池用砜类电解液。
背景技术
锂空气电池由于具有高的能量存贮能力及对环境友好等优点而受到广泛关注，但是要想将其实现应用，还需要解决一系列问题，比如电解液稳定性低、倍率性能差、可逆效率低等。理想的锂空气电池电解液应具有低挥发性、高的氧溶解性、对超氧离子稳定等性质，然而目前锂空气电池中大都采用有机碳酸盐类或醚类电解液，这两类电解液均不能得到好的电池性能，如采用有机碳酸盐类电解液，存在着电池容量低、充电电压高、可逆性差等缺点，正极还会发生不可逆分解，产生少量Li2CO3等物质(Journal of the American Chemical Society,2011,133,8040,Journal of Physical Chemistry A,2011,115,12399)。当醚类电解液用于锂空气电池时，虽然产物是人们期望的，但是醚类电解液溶液极易挥发，如乙二醇二甲醚DME(Journal of the Electrochemical Society,2011,158,A302,Angewandte Chemie International Edition,2011,50,8609)，不利于电池的循环。
发明内容
本发明的目的是提供一种锂空气电池用砜类电解液，该砜类电解液具有低挥发性、高的氧气溶解能力和优异的稳定性。
本发明提供一种锂空气电池用砜类电解液，该电解液包括：锂盐和有机溶剂，所述的有机溶剂为二甲基亚砜、二苯基亚砜、氯化亚砜、环丁砜或二丙砜中的一种或多种。
优选的是，所述的锂盐为LiN(SO2CF3)2、LiPF6、LiClO4、LiBF4或LiNO3中的一种或多种。
优选的是，所述的电解液还包括添加剂。
优选的是，所述的添加剂为磷酸三甲酯、丙烷磺酸内酯或环己基苯中的一种或多种。
优选的是，所述的电解液中各组分的质量百分比浓度为：锂盐5-10%，有机溶剂85-90%，添加剂0-5%。
本发明的有益效果
本发明提供一种锂空气电池用砜类电解液，该电解液包括：锂盐和有机溶剂，所述的有机溶剂为二甲基亚砜、二苯基亚砜、氯化亚砜、环丁砜或二丙砜中的一种或多种。本发明的砜类电解液具有低挥发性、高的氧气溶解能力、电化学窗口宽等优点，尤其对超氧根具有优异的稳定性，有利于可逆产物的生成和副反应的抑制，用于锂空气电池时，能进一步提高电池的可逆性，对电池容量、倍率性能以及循环稳定性都有显著改善效果。实验结果表明：应用本发明的砜类电解液组装成的扣式电池，在0.05mAcm-2电流密度下，首次放电比容量可高达9400mAhg-1。
附图说明
图1为本发明实施例1得到的锂空气电池首次充放电曲线图；
图2为本发明实施例1得到的锂空气电池倍率性能图；
图3为本发明实施例2得到的锂空气电池循环性能图；
图4为本发明实施例2得到的锂空气电池倍率性能图。
具体实施方式
本发明提供一种锂空气电池用砜类电解液，该电解液包括：锂盐和有机溶剂，所述的有机溶剂为二甲基亚砜、二苯基亚砜、氯化亚砜、环丁砜或二丙砜中的一种或多种，优选为二甲基亚砜或环丁砜。
本发明所述的锂盐优选为LiN(SO2CF3)2、LiPF6、LiClO4、LiBF4或LiNO3中的一种或多种，更优选为LiN(SO2CF3)2或LiPF6。
本发明所述的电解液还包括添加剂，所述的添加剂优选为磷酸三甲酯、丙烷磺酸内酯或环己基苯中的一种或多种，更优选为磷酸三甲酯或丙烷磺酸内酯。
本发明所述的电解液中各组分的质量百分比浓度优选为：锂盐5-10%，有机溶剂85-90%，添加剂0-5%。
本发明所述的一种锂空气电池用砜类电解液的制备方法，按照比例将锂盐、添加剂和有机溶剂进行混合，搅拌均匀后即可。所述的锂盐在使用前优选经真空烘箱120-130°C处理10-16小时，以除去原料中的水分。所述的有机溶剂优选经减压蒸馏和分子筛干燥除水后使用，使有机溶剂干燥后水分含量不高于5ppm。
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述。
实施例中所使用的有机溶剂、锂盐和添加剂均购买于Sigma-Aldrich公司，纯度不低于99.9%。
实施例1
在充满高纯氩气的手套箱内，用微量分析电子天平称取9g二甲基亚砜，1gLiN(SO2CF3)2，配成混合溶液，搅拌均匀后静置2小时，得到砜类电解液。
以KB碳为正极，金属锂片为负极，以上述配制的砜类电解液为电解液，在充满氩气的手套箱内组装成CR2025扣式电池。将上述扣式电池于室温下以0.05mAcm-2在纯氧气氛中进行恒电流充放电测试，充放电截止电压为2-4.5V。图1为本发明实施例1得到的锂空气电池首次充放电曲线图，图1中A为放电曲线，B为充电曲线，从图中可以看出在0.05mAcm-2电流密度下，首次放电比容量为9400mAhg-1。图2为本发明实施例1得到的锂空气电池倍率性能图，从图2可以看出，当在不同的电流密度下测试时，容量仍较高，其中，电流密度为0.2mAcm-2时，比容量为3400mAhg-1。
实施例2
在充满高纯氩气的手套箱内，用微量分析电子天平称取9g环丁砜，1gLiN(SO2CF3)2，配成混合溶液，搅拌均匀后静置2小时，得到砜类电解液。
以KB碳为正极，金属锂片为负极，以上述配制的砜类电解液为电解液，在充满氩气的手套箱内组装成CR2025扣式电池。将上述扣式电池于室温下以0.1mAcm-2在纯氧气氛中进行恒电流充放电测试，充放电截止电压为2-4.5V。图3为本发明实施例2得到的锂空气电池在0.1mAcm-2电流密度下的循环性能图，从图中可以看出，在0.1mAcm-2电流密度下电池可稳定的循环10次。图4为本发明实施例2得到的锂空气电池倍率性能图，从图中可以看出，当电流密度提高到0.5mAcm-2时，其比容量仍可保持在1700mAhg-1。
实施例3
在充满高纯氩气的手套箱内，用微量分析电子天平称取8.5g环丁砜，1gLiPF6，配成混合溶液，称取添加剂丙烷磺酸内酯0.5g加入上述溶液中，搅拌均匀后静置2小时，得到砜类电解液。
以KB碳为正极，金属锂片为负极，以上述配制的砜类电解液为电解液，在充满氩气的手套箱内组装成CR2025扣式电池。将上述扣式电池于室温下以0.05mAcm-2在纯氧气氛中进行恒电流充放电测试，充放电截止电压为2-4.5V，放电平台为2.7V，放电容量为9200mAh/g。
实施例4
在充满高纯氩气的手套箱内，用微量分析电子天平称取8g氯化亚砜，1g环丁砜，0.5gLiPF6，配成混合溶液，称取添加剂磷酸三甲酯0.5g加入上述溶液中，搅拌均匀后静置2小时，得到砜类电解液。
以KB碳为正极，金属锂片为负极，以上述配制的砜类电解液为电解液，在充满氩气的手套箱内组装成CR2025扣式电池。将上述扣式电池于室温下以0.05mAcm-2在纯氧气氛中进行恒电流充放电测试，充放电截止电压为2-4.5V，放电容量为9200mAh/g。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.锂空气电池用砜类电解液，其特征在于，该电解液包括：锂盐和有机溶剂，所述的有机溶剂为二甲基亚砜、二苯基亚砜、氯化亚砜、环丁砜或二丙砜中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的锂空气电池用砜类电解液，其特征在于，所述的锂盐为LiN(SO2CF3)2、LiPF6、LiClO4、LiBF4或LiNO3中的一种或多种。
3.根据权利要求1-2任何一项所述的锂空气电池用砜类电解液，其特征在于，所述的电解液还包括添加剂。
4.根据权利要求3所述的锂空气电池用砜类电解液，其特征在于，所述的添加剂为磷酸三甲酯、丙烷磺酸内酯或环己基苯中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的锂空气电池用砜类电解液，其特征在于，所述的电解液中各组分的质量百分比浓度为：锂盐5-10%，有机溶剂85-90%，添加剂0-5%。
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