CN108336405A - 一种锂硫电池功能电解液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂硫电池功能电解液，所述功能电解液包括锂盐、有机溶剂和功能添加剂；其中，功能添加剂为3‑甲基‑1,4,2‑二恶唑‑5‑酮。本发明在电解液中加入功能添加剂3‑甲基‑1,4,2‑二恶唑‑5‑酮，该添加剂通过电化学过程或化学过程在负极表面生成稳定的固体电解质相界面(SEI膜)，能够在锂硫电池中保护负极，提高电解液和负极相容性，提高电池的循环性能和倍率性能。

Description

一种锂硫电池功能电解液及其制备方法
技术领域
本发明涉及电池电解液技术领域，具体涉及一种锂硫电池功能电解液及其制备方法。
背景技术
锂离子电池广泛应用于移动电子设备和电动汽车领域，但是常规的锂离子电池正极材料能量密度较低，难以满足日益增长的能量密度需求。锂硫电池是正在开发的二次电池体系中具有较高能量密度的一种，采用单质硫或含硫材料作为正极活性物质，其理论能量密度达2600W·h/kg，同其它电池相比，锂硫电池具有比容量高(单质硫的理论比容量高达1680mA·h/g)、硫资源丰富、环境友好和价格便宜等优点，但容量衰减快和循环性能差制约着锂硫电池的进一步发展和应用。
锂硫电池的电解液现在大多采用醚类有机溶剂，如1，3-二氧戊烷与乙二醇二甲醚，在醚类电解液中，锂硫电池放电过程中产生的高价态聚硫离子易溶于电解液，高价态聚硫离子扩散至锂负极发生副反应生成不可逆的硫化锂是制约锂硫电池循环性能的重要原因。
目前有许多保护锂金属负极的方法，例如减少聚硫离子与锂负极的副反应以及电解液采用硝酸锂作为添加剂等，效果明显但是均不够理想，且将锂金属融进多孔碳中，制备比较复杂，所以要继续深入研究。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种锂硫电池功能电解液及其制备方法，以实现提高电解液和负极相容性，提高电池的循环性能和倍率性能的目的。
本发明提出的一种锂硫电池功能电解液，所述功能电解液包括锂盐、有机溶剂和功能添加剂；其中，功能添加剂为3-甲基-1,4,2-二恶唑-5-酮。
优选地，所述锂盐选自LiPF6、LiBF4、LiBOB、LiBC2O4F2、LiClO4、LiCF3SO3、LiN(FSO2)2、LiN(CF3SO2)2中的至少一种。
优选地，所述有机溶剂选自碳酸酯类有机溶剂、醚类有机溶剂中的至少一种。
优选地，所述碳酸酯类有机溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、乙基甲基碳酸酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯中的至少一种。
优选地，所述醚类有机溶剂选自二氧五环、二氧六环、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、二乙二醇二乙醚中的至少一种。
本发明还提供一种所述锂硫电池功能电解液的制备方法，所述制备方法为：将有机溶剂与锂盐混合后搅拌均匀，得到初混电解液；向初混电解液中加入功能添加剂后搅拌均匀，得到功能电解液。
优选地，所述锂盐在初混电解液中的浓度为0.5-5mol/L。
优选地，所述功能添加剂占功能电解液的质量百分比为0.1-20％。
优选地，所述功能添加剂占功能电解液的质量百分比为0.1-10％。
在实施例中，所述功能添加剂占功能电解液的质量百分比可为0.1％、1％、3％、5％、10％、20％。
使用本发明的功能电解液在组装锂硫电池时，硫基材料选自单质硫、多硫化锂、硫基复合材料、有机硫化物和硫碳聚合物中的一种。
本发明的有益效果为：与现有技术相比，本发明在电解液中加入功能添加剂3-甲基-1,4,2-二恶唑-5-酮，该添加剂通过电化学过程或化学过程在负极表面生成稳定的固体电解质相界面(SEI膜)，能够在锂硫电池中保护负极，提高电解液和负极相容性，提高电池的循环性能和倍率性能。本发明的功能电解液具有优异的浸润性，对电导率的影响也较小。
附图说明
图1为本发明实验组锂硫电池和对照组锂硫电池的循环曲线对比图。
图2为本发明实验组锂硫电池和对照组锂硫电池的电化学阻抗对比图。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种锂硫电池功能电解液，所述功能电解液包括锂盐、有机溶剂和功能添加剂；其中，功能添加剂为3-甲基-1,4,2-二恶唑-5-酮。
所述锂硫电池功能电解液的制备方法为：将有机溶剂与锂盐混合后搅拌均匀，得到初混电解液；向初混电解液中加入功能添加剂后搅拌均匀，得到功能电解液。
实施例2
一种锂硫电池功能电解液，所述功能电解液包括锂盐、有机溶剂和功能添加剂；其中，功能添加剂为3-甲基-1,4,2-二恶唑-5-酮；
所述锂盐为LiN(CF3SO2)2；
所述有机溶剂为碳酸乙烯酯与乙二醇二甲醚的混合液，且两者的体积比为1：1。
所述锂硫电池功能电解液的制备方法为：将有机溶剂与锂盐混合后搅拌均匀，得到初混电解液；向初混电解液中加入功能添加剂后搅拌均匀，得到功能电解液；
其中，所述锂盐在初混电解液中的浓度为1mol/L；
所述功能添加剂占功能电解液的质量百分比为0.1％。
实施例3
一种锂硫电池功能电解液，所述功能电解液包括锂盐、有机溶剂和功能添加剂；其中，功能添加剂为3-甲基-1,4,2-二恶唑-5-酮；
所述锂盐为LiN(FSO2)2和LiN(CF3SO2)2的混合物，且两者的摩尔比为1：1；
所述有机溶剂为氟代碳酸乙烯酯，碳酸丙烯酯与乙二醇二乙醚的混合液，且三者的体积比为1：1。
所述锂硫电池功能电解液的制备方法为：将有机溶剂与锂盐混合后搅拌均匀，得到初混电解液；向初混电解液中加入功能添加剂后搅拌均匀，得到功能电解液；
其中，所述锂盐在初混电解液中的浓度为0.5mol/L；
所述功能添加剂占功能电解液的质量百分比为20％。
实施例4
一种锂硫电池功能电解液，所述功能电解液包括锂盐、有机溶剂和功能添加剂；其中，功能添加剂为3-甲基-1,4,2-二恶唑-5-酮；
所述锂盐为LiBC2O4F2；
所述有机溶剂为碳酸乙烯酯与乙基甲基碳酸酯的混合液，且两者的体积比为1：1。
所述锂硫电池功能电解液的制备方法为：将有机溶剂与锂盐混合后搅拌均匀，得到初混电解液；向初混电解液中加入功能添加剂后搅拌均匀，得到功能电解液；
其中，所述锂盐在初混电解液中的浓度为5mol/L；
所述功能添加剂占功能电解液的质量百分比为10％。
试验例1
制备试验组锂硫电池和对照组锂硫电池，具体方法如下：
S1、正极材料的制备：用热熔融法制备硫碳复合材料，具体为将硫粉和多孔碳按质量比4：1放置于球磨罐中，球磨12小时得到初混物；将初混物转移到刚玉舟中，在充满氮气的管式炉中于155℃下保温24小时，得到硫碳复合材料，将硫碳复合材料、导电碳、PVDF混合均匀得到浆料，且三者的质量比为8:1:1；将浆料涂覆在铝箔上，烘干后得到正极材料；
S2、以celgard2400为隔膜，锂金属为负极，与所述正极材料和实施例2得到的功能电解液组装成试验组锂硫电池；以celgard2400为隔膜，锂金属为负极，与所述正极材料和常规电解液组装成对照组锂硫电池。
对所述试验组锂硫电池和对照组锂硫电池在1.0-3.0V之间分别进行充放电测试，用CHI604D电化学工作站测试电池在开路电压下的交流阻抗；结果参照图1和图2；由图1可知，本发明的功能电解液能够显著提高锂硫电池的循环性能；由图2可知，本发明的功能电解液能够显著降低锂硫电池的电化学阻抗。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种锂硫电池功能电解液，其特征在于，所述功能电解液包括锂盐、有机溶剂和功能添加剂；其中，功能添加剂为3-甲基-1,4,2-二恶唑-5-酮。
2.根据权利要求1所述锂硫电池功能电解液，其特征在于，所述锂盐选自LiPF6、LiBF4、LiBOB、LiBC2O4F2、LiClO4、LiCF3SO3、LiN(FSO2)2、LiN(CF3SO2)2中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述锂硫电池功能电解液，其特征在于，所述有机溶剂选自碳酸酯类有机溶剂、醚类有机溶剂中的至少一种。
4.根据权利要求3所述锂硫电池功能电解液，其特征在于，所述碳酸酯类有机溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、乙基甲基碳酸酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯中的至少一种。
5.根据权利要求3所述锂硫电池功能电解液，其特征在于，所述醚类有机溶剂选自二氧五环、二氧六环、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、二乙二醇二乙醚中的至少一种。
6.一种根据权利要求1-5任一项所述锂硫电池功能电解液的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：将有机溶剂与锂盐混合后搅拌均匀，得到初混电解液；向初混电解液中加入功能添加剂后搅拌均匀，得到功能电解液。
7.根据权利要求6所述锂硫电池功能电解液的制备方法，其特征在于，所述锂盐在初混电解液中的浓度为0.5-5mol/L。
8.根据权利要求6或7所述锂硫电池功能电解液的制备方法，其特征在于，所述功能添加剂占功能电解液的质量百分比为0.1-20％。
9.根据权利要求8所述锂硫电池功能电解液的制备方法，其特征在于，所述功能添加剂占功能电解液的质量百分比为0.1-10％。
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