CN105406127B - 一种用于锂硫电池的电解液 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于锂硫电池的电解液，属于锂硫电池技术领域，所述电解液由甲基乙基砜、四氢呋喃和甲苯三种有机溶剂混合组成；其中：所述甲基乙基砜、四氢呋喃和甲苯三种有机溶剂的体积比为1:1:1。通过采用上述技术方案，该用于锂硫电池的电解液能够解决锂硫电池正极硫利用率低，循环寿命短的问题，同时制备简单、性能优异、原材料易于获得，可有效的提高锂硫电池的硫利用率，并降低穿梭效应。

Description

一种用于锂硫电池的电解液
技术领域
本发明属于锂硫电池技术领域，特别是涉及一种用于锂硫电池的电解液。
背景技术
在锂硫电池体系中，以金属锂为负极，单质硫为正极，理论比能量可达到2600Wh/kg，远大于现代商业化的锂离子电池。此外单质硫也具有价格低廉，环境友好的特性。因此，锂硫电池具有极高的商业应用潜力。但是锂硫电池也存在着诸多的问题。其中最主要的是在充放电的过程当中，硫的利用率低，循环过程中容量衰减快。
目前，认为导致这一问题的原因包括多个方面，其中之一是单质硫为绝缘体，硫电极中活性物质活化难度大。而且，单质硫在放电过程中，产生大量的中间产物，即多硫化物。多硫化物会溶解于电解液当中，并离开原来的位置，随着单质硫的最终还原产物的析出，形成大量的大颗粒，降低了还原产物氧化的可逆性。此外，多硫化物会扩散到负极金属锂的表面，与金属锂发生还原反应，并返回正极，再发生氧化反应，即“穿梭效应”。该效应不但降低锂硫电池的库伦效率，腐蚀金属锂负极，而且会在金属锂表面生成大量的还原产物，该产物是绝缘的，会导致电池的内阻增加。
针对以上问题，研究人员提出了较多的锂硫电池改进技术。其中包括正极采用碳硫复合材料；对正极的硫颗粒或碳硫复合材料颗粒进行聚合物包覆；使用单离子透过膜代替现有的隔膜；开发不同类型的电解液和电解液添加剂；使用聚合物电解质；制备独立的自支撑碳膜。
在这些改进方案中，往往都会带来复杂的制备工艺，并提高电池的成本。而开发新型组分的电解液更方便可行。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种用于锂硫电池的电解液。该用于锂硫电池的电解液能够解决锂硫电池正极硫利用率低，循环寿命短的问题，同时制备简单、性能优异、原材料易于获得，可有效的提高锂硫电池的硫利用率，并降低穿梭效应。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
一种用于锂硫电池的电解液，所述电解液由甲基乙基砜、四氢呋喃和甲苯三种有机溶剂混合组成；其中：所述甲基乙基砜、四氢呋喃和甲苯三种有机溶剂的体积比为1:1:1。
本发明具有的优点和积极效果是：
(1)本发明专利的主要特点是采用一种由甲基乙基砜(EMS)、四氢呋喃(THF)和甲苯(TOL)三种有机溶剂混合制成的电解液溶剂。
(2)相对于现有的电极技术，本发明所采用的电解液溶剂中所含的甲基乙基砜(EMS)，可以有效的吸附溶解的硫和多硫化物，抑制锂硫电池中的“穿梭效应”，从而提高电池的循环寿命，并提高库伦效率。
(3)相对于现有的电极技术，本发明所加入的四氢呋喃和甲苯溶剂，有利于硫和多硫化物的溶解，从而保证了正极电极反应的发生，提高电池的放电容量。该技术还有效缓解了由于硫和多硫化物的溶解导致的电解液粘度升高。
(4)现有的在锂硫电池中使用1,3二氧戊环和乙二醇二甲醚组成的溶剂不能充分的利用硫，从而抑制了硫的放电比容量，同时也不能抑制穿梭效应。
附图说明：
图1是采用该专利中的电解液与采用传统电解液的锂硫电池的放电性能对比图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
一种用于锂硫电池的电解液，所述电解液由甲基乙基砜、四氢呋喃和甲苯三种有机溶剂混合组成；其中：所述甲基乙基砜、四氢呋喃和甲苯三种有机溶剂的体积比为1:1:1。
基于上述电解液制备电池的方法，包括如下步骤：
步骤101、将硫、科琴黑、气相生长碳纤维、LA132胶按质量比6:2:1:1混合，使用水作为分散介质；将混合好的浆料涂覆在铝箔上并烘干，得到锂硫电池的正极；
步骤102、使用1mol/L的上述电解液外加0.4mol/L LiNO3作为添加剂将正极片、隔膜、金属锂负极装配成CR2430型扣式电池。
请参阅图1，为了提供对比效果，配制常规电解液1mol/L LiTFSI的DOL-DME溶液，DOL和DME的体积比为1:1，并加入0.4mol/L LiNO3。并采用上述优选实施例中电解液装配扣式电池。
对实例1所得到的电池进行了充放电测试，测试结果见图1。
综上所述，本发明中用于锂硫电池的电解液技术可以显著地提高锂硫电池的放电比容量和循环性能。而且制备简单易操作，在电池装配过程中也容易应用。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (1)

1.一种用于锂硫电池的电解液，其特征在于：所述电解液包括锂盐和有机溶剂，上述有机溶剂由甲基乙基砜、四氢呋喃和甲苯三种有机溶剂混合组成；其中：所述甲基乙基砜、四氢呋喃和甲苯三种有机溶剂的体积比为1:1:1。
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A highly ordered nanostructured carbon–sulphur cathode for lithium–sulphur batteries;Xiulei Ji等;《Nature Materials》;20090517;第8卷;第500-506页

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