CN112768768B - 一种含有碘化铵添加剂的电池电解质及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含有碘化铵添加剂的电池电解质及其制备方法，属于电池材料技术领域。本发明提供的电解质包括有机溶剂、锂盐和添加剂，所述添加剂包括碘化胺。本发明的碘化胺添加剂的阴离子I‑可以在金属锂表面形成含LiI的固态电解质界面膜，胺基阳离子与Li2S之间有氢键作用，能降低Li2S转化的能垒，提高活性物质硫的利用率。本发明使用的添加剂，其阴阳离子均能起作用，并且作用角度不同，可以大大提高电解质的效率，并降低电解质的使用量。

Description

一种含有碘化铵添加剂的电池电解质及其制备方法
技术领域
本发明涉及电池材料技术领域，尤其涉及的是一种含有碘化铵添加剂的电池电解质及其制备方法。
背景技术
锂硫电池因其能量密度高、价格低廉、环境友好等优势，成为高能量密度锂金属电池的研究热点。硫具有高达1675mAh/g的理论比容量，与锂金属负极匹配，锂硫电池的理论能量密度可达到2600Wh/kg，具有良好的应用前景。然而，锂硫电池目前仍存在很多不足，包括库仑效率低、容量衰减快和自放电严重等，其中许多问题与金属锂负极的使用有关。放电过程中，单质硫首先还原形成长链多硫化物，长链多硫化物易溶于电解质，并经电解质扩散到负极侧，与金属锂负极发生反应，造成活性物质损失。金属锂具有高化学活性，容易与电解质组分和多硫化物反应，造成锂活性物质和电解质的严重消耗。此外，多硫化物及电解质与金属锂反应后，大量副产物聚集在负极表面，影响锂金属的电化学性能。活性金属锂不断反应，形成锂枝晶，易演变成无电化学活性的死锂，导致锂负极腐蚀和粉化。因此，不稳定的金属锂负极已成为限制锂硫电池发展的关键问题之一。
目前研究表明，通过电解质组分优化调控金属锂的界面稳定性是一个有效途径。金属锂活性高，电解质组分会自发在金属锂表面分解，形成固态电解质界面膜，而电解质的成分和浓度直接影响金属锂表面副反应的进程，进而影响固态电解质界面膜的组分和性质。LiNO3是锂硫电池中常用的电解质添加剂，已经在许多研究中证实LiNO3可以促进锂负极表面形成稳定的钝化膜，阻隔溶解的多硫化物与锂负极进一步反应。另外，NO3 -可以在充电结束时催化多硫化物转化为元素硫，并且，NO3 -与多硫化物之间的结合作用，减少了多硫化物的扩散，通过这种保护，锂硫电池的库仑效率和循环稳定性可以增加。但是，当放电电压低于1.6V时，LiNO3会在正极上发生不可逆的还原反应，生成的不溶物会对正极的氧化还原可逆性产生不利影响，因此，单独的LiNO3添加剂不能为锂硫电池中的锂负极提供足够的保护。当同时使用LiNO3和较长链的多硫化物作为电解质添加剂时，多硫化物添加剂可以参与在锂负极表面上形成钝化膜，NO3 -和S-两种阴离子协同作用，生成含有LiNxOy、Li3N、Li2Sx、Li2SOx和有机成分的固态电解质界面膜，无机组分离子电导率高，有机组分柔韧性好，锂金属负极固态电解质界面膜的电化学性能和机械稳定性显著提高，减少了电解质分解并抑制锂枝晶的生长，削弱了多硫化物穿梭效应对活性物质的损失，显著提高了电池的放电容量和循环寿命。目前，电解质添加剂的报道很多，每种添加剂都有其不同的特点和作用机理，但是使用多种添加剂会增加电解质的配制过程和成本。
发明内容
本发明提供了一种含有碘化铵添加剂的电池电解质及其制备方法，本发明开发的阴阳离子双重作用的电解质添加剂碘化铵，阴离子I-可以在金属锂表面形成含LiI的固态电解质界面膜，铵基阳离子与Li2S之间有氢键作用，能降低Li2S转化的能垒，提高活性物质硫的利用率。本发明使用的添加剂，其阴阳离子均能起作用，并且作用角度不同，可以大大提高电解质的效率，并降低电解质的使用量。
本发明首先提供了一种电解质，其包括有机溶剂、锂盐和添加剂，所述添加剂包括碘化铵。
上述的电解质中，所述碘化铵为甲基碘化铵、四甲基碘化铵、乙基三甲基碘化铵、辛基碘化铵和四丁基碘化铵中的至少一种。
上述的电解质，所述碘化铵的质量为电解质总质量的0.05％～5％。
具体的，所述碘化铵的质量为电解质总质量的0.05％～1％；更具体可为0.05％～0.5％、0.1％、0.15％、0.2％或0.4％。
上述的电解质中，所述添加剂还包括其他功能添加剂，所述其他功能添加剂为硝酸锂、硝酸铯、氟代碳酸乙烯酯和二甲基亚砜中的至少一种。
所述其他功能添加剂的质量为电解质总质量的0.01％～3％。
具体的，所述其他功能添加剂的质量为电解质总质量的1％～3％；更具体可为1.5％或2％。
上述的电解质中，所述有机溶剂为酯类化合物或醚类化合物。
具体的，所述酯类化合物为碳酸酯类化合物；更具体可为碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯中的至少一种；所述醚类化合物为二氧戊烷、1,2-二甲氧基乙烷、四氢呋喃、三甘醇二甲醚中的至少一种。
更为具体的，所述有机溶剂为所述酯类化合物组成的二元或三元混合溶剂，或所述醚类化合物组成的二元或三元混合溶剂；进一步的，所述混合溶剂中的各组分化合物为等体积比。
上述的电解质中，所述锂盐为四氟硼酸锂、六氟磷酸锂、双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺锂、三(三氟甲基磺酰)甲基锂、二氟草酸硼酸锂中的至少一种；
所述锂盐在电解质中的摩尔浓度为0.4～5mol/L；具体可为0.5～2mol/L。
上述的电解质为锂硫电池电解质。
本发明还提供了上述电解质的制备方法，包括如下步骤：(1)将所述有机溶剂除水；
(2)在室温条件下，将所述锂盐溶解于所述有机溶剂中；
(3)在步骤(2)的溶液中加入所述添加剂，得到所述电解质。
上述的制备方法中，所述有机溶剂除水采用分子筛或氢化钙除水。
上述的制备方法中，所述电解质的配制在氩气气氛下(H2O<0.1ppm，O2<0.1ppm)的手套箱内进行。
上述电解质在制备电池中的应用也属于本发明的保护范围。
本发明还提供了包含上述电解质的电池。
具体的，所述电池为使用碳酸酯类电解质的电池或使用醚类电解质的电池。
更具体的，所述电池为锂硫电池或锂离子电池。
所述碘化铵添加剂能参与锂金属表面固态电解质膜的形成。
本发明具有如下优点：
(1)本发明在醚类电解质和碳酸酯类电解质中添加碘化铵，其均能参与金属锂负极表面固态电解质界面膜的形成，有助于形成平整、致密的锂沉积形貌，锂沉积尺寸增大，呈现出云朵状并紧密堆积在一起，减少了由于枝晶形成造成的电极内部活性金属锂与电解质的接触；
(2)和未加入碘化铵添加剂的电解质相比，沉积相同量的锂后，使用本发明的含有碘化铵添加剂的电解质的金属锂沉积厚度降低了23％，进一步证明了锂金属的致密沉积，本发明的电解质有效减少了副反应的发生；
(3)本发明的电解质组装成的锂铜电池循环90周后库仑效率为97.6％，相比之下，使用未加入碘化铵的电解质的锂铜电池循环65周后库仑效率明显下降；可见，碘化铵添加剂有利于稳定锂沉积，提高锂沉积/剥离过程的稳定性；
(4)本发明的电解质组装成的锂对称电池能稳定循环1800h，相比之下，使用未加入碘化铵的电解质的锂对称电池在循环1200h后电压极化增加；可见，碘化铵添加剂提高了金属锂表面电极/电解液界面膜的稳定性，从而提高了锂负极的长循环性能；
(5)XPS证明碘化铵添加剂的碘阴离子参与了金属锂表面含LiI的固态电解质界面膜的形成，减少了锂活性物质的损失，降低了锂沉积过电势，提高金属锂电极的循环稳定性；
(6)碘化铵添加剂的铵基阳离子能通过氢键与Li2S相互作用，有助于提高硫活性物质的利用率；使用本发明的电解质的锂硫电池首周放电比容量为1206.9mAh/g，循环50周后放电比容量为715.2mAh/g，相比之下，使用空白电解质的锂硫电池在循环50周后放电比容量仅为563.7mAh/g；可见，本发明的添加了碘化铵添加剂的电解质能有效促进致密稳定的固态电解质界面膜的生成，减少多硫化物与负极之间的副反应，从而提高锂硫电池的放电容量和长循环条件下的容量保持率；
(7)本发明的电解质配制方法操作简单、绿色环保且易于规模化生产。
附图说明
图1为使用实施例1的含碘化铵添加剂的电池电解质和空白电解质的锂硫电池的放电比容量-循环性能对比图。
图2为使用实施例1的含碘化铵添加剂的电池电解质和空白电解质的锂对称电池的循环性能。
图3为使用实施例1的含碘化铵添加剂的电池电解质和空白电解质的锂铜电池的库仑效率-循环性能对比图。
图4为实施例1的锂铜电池循环5周后锂金属负极的沉积形貌SEM图；其中，图4中的a为使用空白电解质，图4中的b为使用含碘化铵添加剂的电池电解质。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本发明，而不是为了限制本发明的范围。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
下述实施例中的PP隔膜的厚度为30μm，购自Celgard。
双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺锂，购自上海迈瑞尔化学技术有限公司。
甲基碘化铵，购自上海迈瑞尔化学技术有限公司；四甲基碘化铵，购自上海迈瑞尔化学技术有限公司；乙基三甲基碘化铵，购自上海迈瑞尔化学技术有限公司；辛基碘化铵，购自上海麦克林生化科技有限公司；四丁基碘化铵，购自上海麦克林生化科技有限公司。
以下实施例的锂硫电池的组装及测试：将硫粉和碳纳米管按质量比为7：3加热到155℃并保温10h熔融混合制得硫碳复合材料，将硫碳复合材料、导电炭黑和粘结剂LA132按质量比为80:12:8搅拌均匀制备浆料，涂覆于铝箔集流体上，制备得到硫正极。负极采用金属锂片，隔膜采用PP隔膜，电解质采用实施例中配制的电解质60μL，在手套箱中组成CR2016型锂硫电池。采用蓝电测试系统在室温下对所组装的锂硫电池进行电化学性能测试。
以下实施例的锂对称电池的组装及测试：正、负极均采用金属锂片，隔膜采用PP隔膜，电解质采用实施例中配制的电解质60μL，在手套箱中组成CR2025型锂对称电池。采用蓝电测试系统在室温下对所组装的锂对称电池进行电化学性能测试。
以下实施例的锂铜电池的组装及测试：以铜箔为正极，金属锂片为负极，隔膜采用PP隔膜，电解质采用实施例中配制的电解质60μL，在手套箱中组成CR2016型锂铜电池。采用蓝电测试系统在室温下对所组装的锂铜电池进行电化学性能测试。
实施例1
(1)将有机溶剂二氧戊烷、1,2-二甲氧基乙烷用分子筛纯化除水；
(2)在氩气气氛(H2O<0.1ppm，O2<0.1ppm)下，将纯化后的5mL二氧戊烷和5mL 1,2-二甲氧基乙烷混合均匀，得到电解质的有机溶剂；
(3)在室温条件下，将1.435g双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺锂溶解于有机溶剂中，搅拌均匀至完全溶解，双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺锂的摩尔浓度为0.5mol/L；
(4)在步骤(3)得到的溶液中加入0.226g硝酸锂，搅拌均匀至完全溶解，硝酸锂的添加比例为2wt％，得到空白电解质；
(5)在空白电解质中加入0.0113g甲基碘化铵，搅拌均匀至完全溶解，甲基碘化铵的添加比例为0.1wt％，得到含碘化铵添加剂的电池电解质。
组装两组锂硫电池，区别在于：一个使用含碘化铵添加剂的电池电解质，一个使用空白电解质。根据图1的测试结果可知，使用含碘化铵添加剂的电池电解质的锂硫电池首周放电比容量为1206.9mAh/g，循环50周后放电比容量为715.2mAh/g，相比之下，使用空白电解质的锂硫电池在循环50周后放电比容量仅为563.7mAh/g，且在整个循环过程中均低于使用含碘化铵添加剂的电池电解质的放电比容量。这是因为添加了碘化铵添加剂的电解质能有效促进致密稳定的固态电解质界面膜的生成，减少了多硫化物与负极之间的副反应，提高了锂硫电池的循环稳定性。并且碘化铵中的阳离子能通过氢键与Li2S相互作用，有助于提高硫活性物质的利用率，从而提高锂硫电池的放电容量和容量保持率。
根据图2的测试结果可知，使用含碘化铵添加剂的电池电解质的锂对称电池能稳定循环1800h，相比之下，使用空白电解质的锂对称电池在循环1200h后电压极化增加，碘化铵添加剂提高了金属锂表面电极/电解液界面膜的稳定性，降低了界面阻抗，从而提高了锂负极的长循环性能。根据图3的测试结果可知，使用含碘化铵添加剂的电池电解质的锂铜电池循环90周后库仑效率为97.6％，相比之下，使用空白电解质的锂铜电池循环65周后库仑效率明显下降，这是因为碘化铵添加剂能促进锂金属负极表面形成致密稳定的固态电解质界面膜，减少锂金属活性物质与电解液的副反应，从而提高锂金属沉积和剥离的效率。
由图4中的a可知，在空白电解质中循环的锂金属表面形成大量枝晶状锂，直径为几十到几百纳米不等。电极表面蓬松多孔，枝晶状的锂不均匀分布在表面，可看到大量缝隙。同时，枝晶状锂具有较高的比表面积和更强的化学反应活性，电解质通过缝隙进入电极内部与金属锂发生反应，不利于实现锂金属的长循环寿命。但当电解质中添加碘化铵添加剂后，如图4中的b所示，电极表面锂沉积尺寸显著增大，呈现出平整的云朵状锂沉积形貌，并紧密堆积在一起，形成致密的负极结构。碘化铵添加剂的添加在负极表面处形成的固态电解质界面膜，不仅有效传导锂离子，同时抑制了枝晶的生长，能够有效减少副反应的发生。
实施例2
(1)将有机溶剂二氧戊烷、三甘醇二甲醚用分子筛纯化除水；
(2)在氩气气氛(H2O<0.1ppm，O2<0.1ppm)下，将纯化后的5mL二氧戊烷和5mL三甘醇二甲醚混合均匀，得到电解质的有机溶剂；
(3)在室温条件下，将1.435g双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺锂溶解于有机溶剂中，搅拌均匀至完全溶解，双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺锂的摩尔浓度为0.5mol/L；
(4)在步骤(3)得到的溶液中加入0.238g硝酸锂，搅拌均匀至完全溶解，硝酸锂的添加比例为2wt％，得到空白电解质；
(5)在空白电解质中加入0.0119g四甲基碘化铵，搅拌均匀至完全溶解，四甲基碘化铵添加剂的添加比例为0.1wt％，得到含碘化铵添加剂的电池电解质。
组装两组锂硫电池，区别在于：一个使用含碘化铵添加剂的电池电解质，一个使用空白电解质。测试结果与图1类似，使用含碘化铵添加剂的电池电解质的锂硫电池首周放电比容量为1207.3mAh/g，循环50周后放电比容量为717.5mAh/g，相比之下，使用空白电解质的锂硫电池在循环50周后放电比容量仅为563.8mAh/g，且在整个循环过程中均低于使用含碘化铵添加剂的电池电解质的放电比容量。这是因为添加了碘化铵添加剂的电解质能有效促进致密稳定的固态电解质界面膜的生成，减少了多硫化物与负极之间的副反应，提高了锂硫电池的循环稳定性。并且碘化铵中的阳离子能通过氢键与Li2S相互作用，有助于提高硫活性物质的利用率，从而提高锂硫电池的放电容量和容量保持率。
测试结果与图2类似，使用含碘化铵添加剂的电池电解质的锂对称电池能稳定循环1810h，相比之下，使用空白电解质的锂对称电池在循环1205h后电压极化增加，碘化铵添加剂提高了金属锂表面电极/电解液界面膜的稳定性，降低了界面阻抗，从而提高了锂负极的长循环性能。测试结果与图3类似，使用含碘化铵添加剂的电池电解质的锂铜电池循环90周后库仑效率为97.7％，相比之下，使用空白电解质的锂铜电池循环65周后库仑效率明显下降，这是因为碘化铵添加剂能促进锂金属负极表面形成致密稳定的固态电解质界面膜，减少锂金属活性物质与电解液的副反应，从而提高锂金属沉积和剥离的效率。
测试结果与图4中的a类似，在空白电解质中循环的锂金属表面形成大量枝晶状锂，直径为几十到几百纳米不等。电极表面蓬松多孔，枝晶状的锂不均匀分布在表面，可看到大量缝隙。同时，枝晶状锂具有较高的比表面积和更强的化学反应活性，电解质通过缝隙进入电极内部与金属锂发生反应，不利于实现锂金属的长循环寿命。但当电解质中添加碘化铵添加剂后，测试结果与图4中的b类似，电极表面锂沉积尺寸显著增大，呈现出平整的云朵状锂沉积形貌，并紧密堆积在一起，形成致密的负极结构。碘化铵的添加在负极表面处形成的固态电解质界面膜，不仅有效传导锂离子，同时抑制了枝晶的生长，能够有效减少副反应的发生。
实施例3
(1)将有机溶剂二氧戊烷、三甘醇二甲醚用分子筛纯化除水；
(2)在氩气气氛(H2O<0.1ppm，O2<0.1ppm)下，将纯化后的5mL二氧戊烷和5mL三甘醇二甲醚混合均匀，得到电解质的有机溶剂；
(3)在室温条件下，将2.87g双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺锂溶解于有机溶剂中，搅拌均匀至完全溶解，双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺锂的摩尔浓度为1mol/L；
(4)在步骤(3)得到的溶液中加入0.1785g硝酸锂，搅拌均匀至完全溶解，硝酸锂的添加比例为1.5wt％，得到空白电解质；
(5)在空白电解质中加入0.0179g四甲基碘化铵，搅拌均匀至完全溶解，四甲基碘化铵添加剂的添加比例为0.15wt％，得到含碘化铵添加剂的电池电解质。
组装两组锂硫电池，区别在于：一个使用含碘化铵添加剂的电池电解质，一个使用空白电解质。测试结果与图1类似，使用含碘化铵添加剂的电池电解质的锂硫电池首周放电比容量为1209.6mAh/g，循环50周后放电比容量为718.5mAh/g，相比之下，使用空白电解质的锂硫电池在循环50周后放电比容量仅为564.2mAh/g，且在整个循环过程中均低于使用含碘化铵添加剂的电池电解质的放电比容量。这是因为添加了碘化铵添加剂的电解质能有效促进致密稳定的固态电解质界面膜的生成，减少了多硫化物与负极之间的副反应，提高了锂硫电池的循环稳定性。并且碘化铵中的阳离子能通过氢键与Li2S相互作用，有助于提高硫活性物质的利用率，从而提高锂硫电池的放电容量和容量保持率。
测试结果与图2类似，使用含碘化铵添加剂的电池电解质的锂对称电池能稳定循环1805h，相比之下，使用空白电解质的锂对称电池在循环1203h后电压极化增加，碘化铵添加剂提高了金属锂表面电极/电解液界面膜的稳定性，降低了界面阻抗，从而提高了锂负极的长循环性能。测试结果与图3类似，使用含碘化铵添加剂的电池电解质的锂铜电池循环90周后库仑效率为97.4％，相比之下，使用空白电解质的锂铜电池循环65周后库仑效率明显下降，这是因为碘化铵添加剂能促进锂金属负极表面形成致密稳定的固态电解质界面膜，减少锂金属活性物质与电解液的副反应，从而提高锂金属沉积和剥离的效率。
测试结果与图4中的a类似，在空白电解质中循环的锂金属表面形成大量枝晶状锂，直径为几十到几百纳米不等。电极表面蓬松多孔，枝晶状的锂不均匀分布在表面，可看到大量缝隙。同时，枝晶状锂具有较高的比表面积和更强的化学反应活性，电解质通过缝隙进入电极内部与金属锂发生反应，不利于实现锂金属的长循环寿命。但当电解质中添加碘化铵添加剂后，测试结果与图4中的b类似，电极表面锂沉积尺寸显著增大，呈现出平整的云朵状锂沉积形貌，并紧密堆积在一起，形成致密的负极结构。碘化铵的添加在负极表面处形成的固态电解质界面膜，不仅有效传导锂离子，同时抑制了枝晶的生长，能够有效减少副反应的发生。
实施例4
(1)将有机溶剂1,2-二甲氧基乙烷、三甘醇二甲醚用分子筛纯化除水；
(2)在氩气气氛(H2O<0.1ppm，O2<0.1ppm)下，将纯化后的5mL1,2-二甲氧基乙烷和5mL三甘醇二甲醚混合均匀，得到电解质的有机溶剂；
(3)在室温条件下，将1.519g六氟磷酸锂溶解于有机溶剂中，搅拌均匀至完全溶解，六氟磷酸锂的摩尔浓度为1mol/L；
(4)在步骤(3)得到的溶液中加入0.2204g硝酸锂，搅拌均匀至完全溶解，硝酸锂的添加比例为2wt％，得到空白电解质；
(5)在空白电解质中加入0.022g乙基三甲基碘化铵，搅拌均匀至完全溶解，乙基三甲基碘化铵添加剂的添加比例为0.2wt％，得到含碘化铵添加剂的电池电解质。
组装两组锂硫电池，区别在于：一个使用含碘化铵添加剂的电池电解质，一个使用空白电解质。测试结果与图1类似，使用含碘化铵添加剂的电池电解质的锂硫电池首周放电比容量为1208.6mAh/g，循环50周后放电比容量为718.2mAh/g，相比之下，使用空白电解质的锂硫电池在循环50周后放电比容量仅为564.5mAh/g，且在整个循环过程中均低于使用含碘化铵添加剂的电池电解质的放电比容量。这是因为添加了碘化铵添加剂的电解质能有效促进致密稳定的固态电解质界面膜的生成，减少了多硫化物与负极之间的副反应，提高了锂硫电池的循环稳定性。并且碘化铵中的阳离子能通过氢键与Li2S相互作用，有助于提高硫活性物质的利用率，从而提高锂硫电池的放电容量和容量保持率。
测试结果与图2类似，使用含碘化铵添加剂的电池电解质的锂对称电池能稳定循环1803h，相比之下，使用空白电解质的锂对称电池在循环1204h后电压极化增加，碘化铵添加剂提高了金属锂表面电极/电解液界面膜的稳定性，降低了界面阻抗，从而提高了锂负极的长循环性能。测试结果与图3类似，使用含碘化铵添加剂的电池电解质的锂铜电池循环90周后库仑效率为97.8％，相比之下，使用空白电解质的锂铜电池循环65周后库仑效率明显下降，这是因为碘化铵添加剂能促进锂金属负极表面形成致密稳定的固态电解质界面膜，减少锂金属活性物质与电解液的副反应，从而提高锂金属沉积和剥离的效率。
测试结果与图4中的a类似，在空白电解质中循环的锂金属表面形成大量枝晶状锂，直径为几十到几百纳米不等。电极表面蓬松多孔，枝晶状的锂不均匀分布在表面，可看到大量缝隙。同时，枝晶状锂具有较高的比表面积和更强的化学反应活性，电解质通过缝隙进入电极内部与金属锂发生反应，不利于实现锂金属的长循环寿命。但当电解质中添加碘化铵添加剂后，测试结果与图4中的b类似，电极表面锂沉积尺寸显著增大，呈现出平整的云朵状锂沉积形貌，并紧密堆积在一起，形成致密的负极结构。碘化铵的添加在负极表面处形成的固态电解质界面膜，不仅有效传导锂离子，同时抑制了枝晶的生长，能够有效减少副反应的发生。
实施例5
(1)将有机溶剂1,2-二甲氧基乙烷、四氢呋喃用分子筛纯化除水；
(2)在氩气气氛(H2O<0.1ppm，O2<0.1ppm)下，将纯化后的5mL1,2-二甲氧基乙烷和5mL四氢呋喃混合均匀，得到电解质的有机溶剂；
(3)在室温条件下，将2.2785g六氟磷酸锂溶解于有机溶剂中，搅拌均匀至完全溶解，六氟磷酸锂的摩尔浓度为1.5mol/L；
(4)在步骤(3)得到的溶液中加入0.226g硝酸锂，搅拌均匀至完全溶解，硝酸锂的添加比例为2wt％，得到空白电解质；
(5)在空白电解质中加入0.0227g辛基碘化铵，搅拌均匀至完全溶解，辛基碘化铵添加剂的添加比例为0.2wt％，得到含碘化铵添加剂的电池电解质。
组装两组锂硫电池，区别在于：一个使用含碘化铵添加剂的电池电解质，一个使用空白电解质。测试结果与图1类似，使用含碘化铵添加剂的电池电解质的锂硫电池首周放电比容量为1209.8mAh/g，循环50周后放电比容量为719.3mAh/g，相比之下，使用空白电解质的锂硫电池在循环50周后放电比容量仅为565.4mAh/g，且在整个循环过程中均低于使用含碘化铵添加剂的电池电解质的放电比容量。这是因为添加了碘化铵添加剂的电解质能有效促进致密稳定的固态电解质界面膜的生成，减少了多硫化物与负极之间的副反应，提高了锂硫电池的循环稳定性。并且碘化铵中的阳离子能通过氢键与Li2S相互作用，有助于提高硫活性物质的利用率，从而提高锂硫电池的放电容量和容量保持率。
测试结果与图2类似，使用含碘化铵添加剂的电池电解质的锂对称电池能稳定循环1807h，相比之下，使用空白电解质的锂对称电池在循环1206h后电压极化增加，碘化铵添加剂提高了金属锂表面电极/电解液界面膜的稳定性，降低了界面阻抗，从而提高了锂负极的长循环性能。测试结果与图3类似，使用含碘化铵添加剂的电池电解质的锂铜电池循环90周后库仑效率为97.9％，相比之下，使用空白电解质的锂铜电池循环65周后库仑效率明显下降，这是因为碘化铵添加剂能促进锂金属负极表面形成致密稳定的固态电解质界面膜，减少锂金属活性物质与电解液的副反应，从而提高锂金属沉积和剥离的效率。
测试结果与图4中的a类似，在空白电解质中循环的锂金属表面形成大量枝晶状锂，直径为几十到几百纳米不等。电极表面蓬松多孔，枝晶状的锂不均匀分布在表面，可看到大量缝隙。同时，枝晶状锂具有较高的比表面积和更强的化学反应活性，电解质通过缝隙进入电极内部与金属锂发生反应，不利于实现锂金属的长循环寿命。但当电解质中添加碘化铵添加剂后，测试结果与图4中的b类似，电极表面锂沉积尺寸显著增大，呈现出平整的云朵状锂沉积形貌，并紧密堆积在一起，形成致密的负极结构。碘化铵的添加在负极表面处形成的固态电解质界面膜，不仅有效传导锂离子，同时抑制了枝晶的生长，能够有效减少副反应的发生。
实施例6
(1)将有机溶剂1,2-二甲氧基乙烷、二氧戊烷用分子筛纯化除水；
(2)在氩气气氛(H2O<0.1ppm，O2<0.1ppm)下，将纯化后的5mL 1,2-二甲氧基乙烷和5mL二氧戊烷混合均匀，得到电解质的有机溶剂；
(3)在室温条件下，将1.438g二氟草酸硼酸锂溶解于有机溶剂中，搅拌均匀至完全溶解，二氟草酸硼酸锂的摩尔浓度为1mol/L；
(4)在步骤(3)得到的溶液中加入0.226g硝酸铯，搅拌均匀至完全溶解，硝酸铯的添加比例为2wt％，得到空白电解质。
(5)在空白电解质中加入0.0453g四丁基碘化铵，搅拌均匀至完全溶解，四丁基碘化铵添加剂的添加比例为0.4wt％，得到含碘化铵添加剂的电池电解质。
组装两组锂硫电池，区别在于：一个使用含碘化铵添加剂的电池电解质，一个使用空白电解质。测试结果与图1类似，使用含碘化铵添加剂的电池电解质的锂硫电池首周放电比容量为1209.8mAh/g，循环50周后放电比容量为719.3mAh/g，相比之下，使用空白电解质的锂硫电池在循环50周后放电比容量仅为565.4mAh/g，且在整个循环过程中均低于使用含碘化铵添加剂的电池电解质的放电比容量。这是因为添加了碘化铵添加剂的电解质能有效促进致密稳定的固态电解质界面膜的生成，减少了多硫化物与负极之间的副反应，提高了锂硫电池的循环稳定性。并且碘化铵中的阳离子能通过氢键与Li2S相互作用，有助于提高硫活性物质的利用率，从而提高锂硫电池的放电容量和容量保持率。
测试结果与图3类似，使用含碘化铵添加剂的电池电解质的锂铜电池循环90周后库仑效率为97.5％，相比之下，使用空白电解质的锂铜电池循环65周后库仑效率明显下降，这是因为碘化铵添加剂能促进锂金属负极表面形成致密稳定的固态电解质界面膜，减少锂金属活性物质与电解液的副反应，从而提高锂金属沉积和剥离的效率。
测试结果与图2类似，使用含碘化铵添加剂的电池电解质的锂对称电池能稳定循环1802h，相比之下，使用空白电解质的锂对称电池在循环1201h后电压极化增加，碘化铵添加剂提高了金属锂表面电极/电解液界面膜的稳定性，降低了界面阻抗，从而提高了锂负极的长循环性能。
测试结果与图4中的a类似，在空白电解质中循环的锂金属表面形成大量枝晶状锂，直径为几十到几百纳米不等。电极表面蓬松多孔，枝晶状的锂不均匀分布在表面，可看到大量缝隙。同时，枝晶状锂具有较高的比表面积和更强的化学反应活性，电解质通过缝隙进入电极内部与金属锂发生反应，不利于实现锂金属的长循环寿命。但当电解质中添加碘化铵添加剂后，测试结果与图4中的b类似，电极表面锂沉积尺寸显著增大，呈现出平整的云朵状锂沉积形貌，并紧密堆积在一起，形成致密的负极结构。碘化铵的添加在负极表面处形成的固态电解质界面膜，不仅有效传导锂离子，同时抑制了枝晶的生长，能够有效减少副反应的发生。

Claims (9)

1.一种锂硫电池，其特征在于：所述锂硫电池的电解质包括有机溶剂、锂盐和添加剂，所述添加剂包括碘化铵；
所述碘化铵为甲基碘化铵、四甲基碘化铵、乙基三甲基碘化铵、辛基碘化铵和四丁基碘化铵中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的锂硫电池，其特征在于：所述碘化铵的质量为电解质总质量的0.05％～5％。
3.根据权利要求1或2所述的锂硫电池，其特征在于：所述添加剂还包括其他功能添加剂，所述其他功能添加剂为硝酸锂、硝酸铯、氟代碳酸乙烯酯和二甲基亚砜中的至少一种；
所述其他功能添加剂的质量为电解质总质量的0.01％～3％。
4.根据权利要求1或2所述的锂硫电池，其特征在于：所述有机溶剂为酯类化合物或醚类化合物。
5.根据权利要求4所述的锂硫电池，其特征在于：所述酯类化合物为碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯中的至少一种；所述醚类化合物为二氧戊烷、1,2-二甲氧基乙烷、四氢呋喃、三甘醇二甲醚中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的锂硫电池，其特征在于：所述有机溶剂为所述酯类化合物组成的二元或三元混合溶剂，或所述醚类化合物组成的二元或三元混合溶剂。
7.根据权利要求6所述的锂硫电池，其特征在于：所述混合溶剂中的各组分化合物为等体积比。
8.根据权利要求1或2所述的锂硫电池，其特征在于：所述锂盐为四氟硼酸锂、六氟磷酸锂、双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺锂、三(三氟甲基磺酰)甲基锂、二氟草酸硼酸锂中的至少一种；
所述锂盐在电解质中的摩尔浓度为0.4～5mol/L。
9.根据权利要求1或2所述的锂硫电池，其特征在于：所述电解质的制备方法包括如下步骤：(1)将所述有机溶剂除水；
(2)在室温条件下，将所述锂盐溶解于所述有机溶剂中；
(3)在步骤(2)的溶液中加入所述添加剂，得到所述电解质。
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