ES3040757T3 - Electrolyte for lithium-sulfur battery and lithium-sulfur battery comprising same - Google Patents

Electrolyte for lithium-sulfur battery and lithium-sulfur battery comprising same

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ES3040757T3 ES21898519T ES21898519T ES3040757T3 ES 3040757 T3 ES3040757 T3 ES 3040757T3 ES 21898519 T ES21898519 T ES 21898519T ES 21898519 T ES21898519 T ES 21898519T ES 3040757 T3 ES3040757 T3 ES 3040757T3
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Myeongjun Song
Changhoon Lee
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Abstract

La presente invención se refiere a un electrolito para una batería de litio-azufre que comprende una sal de litio y un disolvente orgánico, en el que el disolvente orgánico comprende un primer disolvente, un segundo disolvente y un tercer disolvente, el primer disolvente comprende: un compuesto representado por la siguiente fórmula química 1 o fórmula química 2 que incluye un grupo ciano (-CN); un éter lineal que contiene dos o más átomos de oxígeno; o un éter cíclico, el segundo disolvente incluye un disolvente a base de éter fluorado, y el tercer disolvente incluye un no disolvente a base de éter representado por la siguiente fórmula química 3. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Electrolito para batería de litio-azufre y batería de litio-azufre que comprende el mismo
[Campo técnico]
La presente invención se refiere a una solución de electrolito para una batería de litio-azufre y a una batería de litioazufre que comprende la misma.
[Técnica anterior]
A medida que el rango de aplicación de las baterías secundarias se amplía de pequeños dispositivos electrónicos portátiles a vehículos eléctricos (VE) de tamaño mediano y grande, sistemas de almacenamiento de energía (ESS oenergy storage systems),naves eléctricas, etc., la demanda de baterías secundarias de litio con alta capacidad, alta densidad de energía y larga vida útil está aumentando rápidamente.
Entre ellas, la batería secundaria de litio-azufre significa un sistema de batería que utiliza un material a base de azufre que tiene un enlace azufre-azufre (enlace S-S) como material activo de electrodo positivo y que usa metal de litio como material activo de electrodo negativo. El azufre, que es el material principal del material activo de electrodo positivo, tiene las propiedades de tener un peso atómico bajo, ser muy rico en recursos y, por lo tanto, fácil de suministrar, y además es barato, lo que reduce el coste de fabricación de la batería, y no es tóxico y, por lo tanto, es respetuoso con el medio ambiente.
En particular, la batería secundaria de litio-azufre tiene una capacidad de descarga teórica de 1.675 mAh/g de azufre, y teóricamente puede realizar una alta densidad de almacenamiento de energía de 2.600 Wh/kg en comparación con su peso. Por consiguiente, puesto que la batería de litio-azufre tiene un valor muy alto en comparación con la densidad de energía teórica de otros sistemas de batería (batería de Ni-MH: 450 Wh/kg, batería de Li-FeS: 480 Wh/kg, batería de Li-MnO2: 1.000 Wh/kg, batería de Na-S: 800 Wh/kg) y una batería de iones de litio (250 Wh/kg) actualmente en estudio, está recibiendo una gran atención en el mercado de baterías secundarias de tamaño medio y grande que se están desarrollando hasta ahora.
En el caso de la batería secundaria de litio-azufre, cuando se descarga, una reacción de oxidación, donde el litio dona electrones y se convierte en un catión de litio, se produce en el electrodo negativo, y una reacción de reducción, donde un material a base de azufre acepta electrones para formar un anión sulfuro, se produce en el electrodo positivo. A través de la reacción de oxidación-reducción, el azufre se convierte de la estructura cíclica del Se antes de la descarga al polisulfuro de litio (Li2Sx lineal, x = 8, 6, 4, 2) y, al final, cuando el polisulfuro de litio se reduce por completo, se produce sulfuro de litio (Li2S) finalmente.
En particular, el polisulfuro de litio (Li2Sx, x > 4) con un alto número de oxidación del azufre se disuelve fácilmente en la solución de electrolito orgánico y, por lo tanto, se difunde gradualmente lejos del electrodo positivo, en el que se genera, debido a la diferencia de concentración. Como resultado, a medida que el polisulfuro de litio lixiviado del electrodo positivo se pierde gradualmente del área de reacción del electrodo positivo, se reduce la cantidad de material de azufre que participa en la reacción electroquímica en el electrodo positivo, resultando así en una disminución de la capacidad de carga de la batería secundaria de litio-azufre.
De manera adicional, existe el problema de que la lixiviación del polisulfuro de litio aumenta la viscosidad de la solución de electrolito y reduce la conductividad iónica, y el polisulfuro de litio reacciona directamente con el electrodo negativo de metal de litio a través de una reacción continua de carga/descarga y, por lo tanto, el sulfuro de litio (Li2S) se adhiere a la superficie del metal de litio, reduciendo así la actividad de reacción y deteriorando la característica de potencial.
De manera adicional, hubo un intento de construir un sistema de batería de litio-azufre con un sistema de electrolito basado en el catolito para mejorar la reactividad de la batería de litio-azufre existente. Sin embargo, también se confirmó que este intento presentaba el problema de que el polisulfuro de litio como producto intermedio se lixiviaba en el electrolito, deteriorando así la estabilidad de la celda.
Con el fin de resolver estos problemas, se han realizado estudios sobre el sistema de electrolito basado en electrolitos de solvatación escasa (SSE), que puede reducir la solubilidad del polisulfuro de litio en el electrolito, en el campo técnico pertinente. Sin embargo, el sistema de electrolito SSE, que se basa en una alta concentración de sal, fue capaz de hacer funcionar la batería normalmente solo en condiciones de alta temperatura de 45 °C o más debido a su propiedad de alta viscosidad. De acuerdo con ello, se están realizando continuamente estudios sobre el sistema de electrolito SSE que pueda hacer funcionar la batería normalmente incluso a baja temperatura.
[Documento de la técnica anterior]
[Documento no de patente]
(Documento no de patente 1) Lei Cheng et al., "Sparingly Solvating Electrolytes for High Energy Density Lithium-Sulfur Batteries",ACS Energy Lett.2016, 1, 503-509.
El documento EP 3429 020 A1 divulga una solución de electrolito para una batería de litio-azufre que comprende una sal de litio y un disolvente orgánico, en donde el disolvente orgánico comprende tetrahidrofurano, 1,2-dimetoxietano y dipropil éter.
[Divulgación]
[Problema técnico]
Con el fin de resolver los problemas anteriores, los inventores de la presente invención pretenden proporcionar una batería de litio-azufre con un rendimiento mejorado a baja temperatura en una condición de 35 °C o menos añadiendo un nuevo no disolvente a base de éter al sistema de electrolitos basado en los SSE, que anteriormente era capaz de funcionar normalmente en condiciones de alta temperatura de 45 °C o más.
[Solución técnica]
De acuerdo con un primer aspecto de la invención, la presente invención proporciona una solución de electrolito para una batería de litio-azufre, en donde el disolvente orgánico en la solución de electrolito para la batería de litioazufre que comprende una sal de litio y un disolvente orgánico comprende un primer disolvente, un segundo disolvente y un tercer disolvente, el primer disolvente comprende un compuesto representado por la fórmula 1 o la fórmula 2 que contiene un grupo ciano (-CN), el segundo disolvente comprende un disolvente a base de un éter fluorado, y el tercer disolvente comprende un no disolvente a base de un éter representado por la fórmula 3 a continuación.
[Fórmula 1] R1-CN
[Fórmula 2] NC-R2-CN
(en donde, en la fórmula 1, R1 es un grupo alquilo C1 a C10, y en la fórmula 2, R2 es un grupo alquileno C1 a C10)
[Fórmula 3] R3-O-R4
(en donde en la fórmula 3, R3 y R4 son iguales o diferentes entre sí, y cada uno es independientemente un grupo metilo, un grupo etilo, un grupo n-propilo, un grupo isopropilo, un grupo n-butilo, un grupo isobutilo, un grupo secbutilo o un grupo terc-butilo).
En una realización de la presente invención, el primer disolvente puede comprender uno seleccionado del grupo que consiste en acetonitrilo, succinonitrilo, pimelonitrilo, glutaronitrilo, adiponitrilo y combinaciones de los mismos.
En una realización de la presente invención, el segundo disolvente puede comprender uno seleccionado del grupo que consiste en 1,1,2,2-tetrafluoroetil-2,2,3,3-tetrafluoropropil éter, 1H,1H,2'H,3H-decafluorodipropil éter, difluorometil 2,2,2-trifluoroetil éter, 1,2,2,2-tetrafluoroetil trifluorometil éter, 1,1,2,3,3,3-hexafluoropropil difluorometil éter, 1H,1H,2'H,3H-decafluorodipropil éter, pentafluoroetil 2,2,2-trifluoroetil éter, 1H,1H,2'H-perfluorodipropil éter, bis(2,2,2-trifluoroetil) éter, 1,1,2,2-tetrafluoroetil 2,2,2-trifluoroetil éter y combinaciones de los mismos.
En una realización de la presente invención, el tercer disolvente puede comprender uno seleccionado del grupo que consiste en diisopropil éter, etil terc-butil éter, dibutil éter, diisobutil éter, dipropil éter y combinaciones de los mismos.
En una realización de la presente invención, el disolvente orgánico puede comprender un primer disolvente que tiene una relación en volumen de 15 a 45 con respecto a una relación en volumen de 100 del disolvente orgánico.
En una realización de la presente invención, el disolvente orgánico puede comprender un tercer disolvente que tiene una relación en volumen de 10 a 60 con respecto a una relación en volumen de 100 del disolvente orgánico.
En una realización de la presente invención, el disolvente orgánico puede comprender un tercer disolvente que tiene una relación en volumen de 25 a 45 con respecto a una relación en volumen de 100 del disolvente orgánico.
En una realización de la presente invención, el disolvente orgánico puede comprender un tercer disolvente que tiene una relación en volumen de 25 a 350 con respecto a una relación en volumen de 100 del segundo disolvente.
En una realización de la presente invención, el disolvente orgánico puede comprender un tercer disolvente que tiene una relación en volumen de 85 a 115 con respecto a una relación en volumen de 100 del segundo disolvente.
De acuerdo con un segundo aspecto de la invención, la presente invención proporciona una batería de litio-azufre que comprende un electrodo positivo; un electrodo negativo; un separador interpuesto entre el electrodo positivo y el electrodo negativo; y la solución de electrolito descrita anteriormente.
[Efectos ventajosos]
La batería secundaria de litio-azufre de acuerdo con la presente invención tiene efectos superiores en cuanto a la capacidad de descarga y las características de vida útil de la batería que el sistema de electrolito basado en los SSE convencional, incluso en condiciones de baja temperatura de 35 °C o menos, añadiendo un no disolvente a base de éter, que es un tercer disolvente, a la solución de electrolito para mejorar el rendimiento a baja temperatura.
De manera adicional, debido a la baja densidad del no disolvente a base de éter, que es el tercer disolvente, se reduce la densidad de la solución de electrolito, lo que aumenta la densidad de energía de la batería y tiene el efecto de reducir la solubilidad del polisulfuro de litio.
[Descripción de los dibujos]
La figura 1 es un gráfico que muestra los resultados de evaluación del rendimiento de carga y descarga inicial de los ejemplos 1 a 6 y el ejemplo comparativo 1 en una condición de 35 °C de la presente invención.
La figura 2 es un gráfico que muestra los resultados de evaluación del rendimiento de carga y descarga inicial de los ejemplos 2 y 5 y el ejemplo comparativo 1 en la condición de 25 °C de la presente invención.
La figura 3 es un gráfico que muestra los resultados de evaluación de las características de vida útil de las baterías de los ejemplos 1 a 6 y el ejemplo comparativo 1 en la condición de 35 °C de la presente invención. La figura 4 es un gráfico que muestra los resultados de evaluación de las características de vida útil de las baterías de los ejemplos 2 y 5 y el ejemplo comparativo 1 en la condición de 25 °C de la presente invención.
[Mejor forma de realización]
Todas las realizaciones proporcionadas de acuerdo con la presente invención se pueden conseguir mediante la siguiente descripción. Debe entenderse que la siguiente descripción describe realizaciones preferentes de la presente invención, y debe entenderse que la presente invención no se limita necesariamente a las mismas.
El término "polisulfuro" usado en la presente memoria descriptiva tiene un concepto que incluye tanto "ion polisulfuro (Sx2-, x = 8, 6, 4, 2)" y "polisulfuro de litio (Li2Sx o LiSx", x = 8, 6, 4, 2)".
Solución de electrolito para batería de litio-azufre
En la solución de electrolito para la batería de litio-azufre que contiene una sal de litio y un disolvente orgánico de acuerdo con la presente invención, el disolvente orgánico comprende un primer disolvente, un segundo disolvente y un tercer disolvente, el primer disolvente comprende un compuesto representado por la fórmula 1 o la fórmula 2 que contiene un grupo ciano (-CN), el segundo disolvente comprende un disolvente a base de un éter fluorado, y el tercer disolvente comprende un no disolvente a base de un éter representado por la fórmula 3 a continuación.
[Fórmula 1] R1-CN
[Fórmula 2] NC-R2-CN
(en donde en la fórmula 1, R1 es un grupo alquilo C1 a C10, y en la fórmula 2, R2 es un grupo alquileno C1 a C10)
[Fórmula 3] R3-O-R4
(en donde en la fórmula 3, R3 y R4 son iguales o diferentes entre sí, y cada uno es independientemente un grupo metilo, un grupo etilo, un grupo n-propilo, un grupo isopropilo, un grupo n-butilo, un grupo isobutilo, un gruposec-butilo o un grupo ferc-butilo).
El primer disolvente puede comprender un compuesto representado por la fórmula 1 o la fórmula 2 que contiene un grupo ciano (-CN).
El primer disolvente puede ser un compuesto representado por la fórmula 1 o la fórmula 2 anteriores que contiene un grupo ciano (-CN), y puede comprender preferentemente uno seleccionado del grupo que consiste en acetonitrilo, succinonitrilo, pimelonitrilo, glutaronitrilo, adiponitrilo y combinaciones de los mismos. Específicamente, si el acetonitrilo que contiene un grupo ciano está comprendido como primer disolvente, este puede facilitar la reacción de estado sólido del azufre sin formar polisulfuro de litio, a través de su alta polaridad y la propiedad de facilitar la formación del radical S3-.
El primer disolvente puede comprender uno seleccionado del grupo que consiste en acetonitrilo, succinonitrilo, pimelonitrilo, glutaronitrilo, adiponitrilo y combinaciones de los mismos, y puede ser preferentemente acetonitrilo.
El primer disolvente contenido en el disolvente orgánico puede tener una relación en volumen de 15 o más, una relación en volumen de 16 o más, una relación en volumen de 17 o más, una relación en volumen de 18 o más, una relación en volumen de 19 o más, una relación en volumen de 20 o más, una relación en volumen de 21 o más, una
relación en volumen de 22 o más, una relación en volumen de 23 o más, una relación en volumen de 24 o más, una
relación en volumen de 25 o más, una relación en volumen de 26 o más, una relación en volumen de 27 o más, o una relación en volumen de 28 o más, y una relación en volumen de 45 o menos, una relación en volumen de 44 o menos, una relación en volumen de 43 o menos, una relación en volumen de 42 o menos, una relación en volumen
de 41 o menos, una relación en volumen de 40 o menos, una relación en volumen de 39 o menos, una relación en volumen de 38 o menos, una relación en volumen de 37 o menos, una relación en volumen de 36 o menos, una
relación en volumen de 35 o menos, una relación en volumen de 34 o menos, una relación en volumen de 33 o menos, o una relación en volumen de 32 o menos, con respecto a la relación en volumen de 100 del disolvente orgánico. Si la relación en volumen es menor que la relación en volumen de 15, puede haber el problema de que, dado que la formación del radical S3- no es fácil, se reduzca la reactividad del azufre y sea difícil asegurar un alto rendimiento. Por el contrario, si la relación en volumen es mayor que la relación en volumen de 45, puede existir el problema de que el acetonitrilo provoque una reacción química secundaria con el electrodo negativo de litio y, por lo tanto, se deteriore el rendimiento de la propia batería.
El segundo disolvente puede comprender un disolvente a base de éter fluorado.
Si el segundo disolvente es un disolvente a base de éter fluorado, el tipo del mismo no está particularmente limitado
y puede comprender uno seleccionado del grupo que consiste en 1,1,2,2-tetrafluoroetil-2,2,3,3-tetrafluoropropil éter
(TTE), 1H,1H,2'H,3H-decafluorodipropil éter, difluorometil 2,2,2-trifluoroetil éter, 1,2,2,2-tetrafluoroetil trifluorometil éter, 1,1,2,3,3,3-hexafluoropropil difluorometil éter, 1H,1H,2'H,3H-decafluorodipropil éter, pentafluoroetil 2,2,2-trifluoroetil éter, 1H,1H,2'H-perfluorodipropil éter, bis(2,2,2-trifluoroetil) éter, 1,1,2,2-tetrafluoroetil 2,2,2-trifluoroetil éter y combinaciones de los mismos, y puede ser preferentemente 1,1,2,2-tetrafluoroetil-2,2,3,3-tetrafluoropropil éter.
El segundo disolvente contenido en el disolvente orgánico puede tener una relación en volumen de 10 o más, una relación en volumen de 12 o más, una relación en volumen de 14 o más, una relación en volumen de 16 o más, relación en volumen de 18 más, una relación en volumen de 20 o más, una relación en volumen de 22 o más, relación en volumen de 24 o más, una relación en volumen de 25 o más, una relación en volumen de 26 o más, relación en volumen de 28 o más, una relación en volumen de 30 o más, una relación en volumen de 32 o más, o una relación en volumen de 34 o más, y una relación en volumen de 85 o menos, una relación en volumen de 84 o menos, una relación en volumen de 82 o menos, una relación en volumen de 80 o menos, una relación en volumen
de 78 o menos, una relación en volumen de 76 o menos, una relación en volumen de 74 o menos, una relación en volumen de 72 o menos, una relación en volumen de 70 o menos, una relación en volumen de 68 o menos, una
relación en volumen de 66 o menos, una relación en volumen de 64 o menos, una relación en volumen de 62 o menos, una relación en volumen de 60 o menos, una relación en volumen de 58 o menos, una relación en volumen
de 56 o menos, una relación en volumen de 54 o menos, una relación en volumen de 52 o menos, una relación en volumen de 50 o menos, una relación en volumen de 48 o menos, una relación en volumen de 46 o menos, una
relación en volumen de 45 o menos, una relación en volumen de 44 o menos, una relación en volumen de 42 o menos, una relación en volumen de 40 o menos, una relación en volumen de 38 o menos, o una relación en volumen de 36 o menos, con respecto a la relación en volumen de 100 del disolvente orgánico. Si la relación en volumen es menor que la relación en volumen de 10, puede existir el problema de que, dado que la cantidad del segundo disolvente que controla la viscosidad es pequeña, la viscosidad de la solución de electrolito aumente y, por lo tanto, se reduzca el rendimiento de humectación del electrodo en gran medida y se reduzca la conductividad
iónica de toda la solución de electrolito. Por el contrario, si la relación en volumen es mayor que la relación en volumen de 85, puede existir el problema de que la conductividad iónica se reduzca debido a la rápida disminución
de la relación del primer complejo de disolvente representado por el acetonitrilo.
El tercer disolvente puede comprender un no disolvente a base de éter representado por la fórmula 3 anterior.
El no disolvente a base de éter se puede añadir a la solución de electrolito de una batería de litio-azufre para mejorar la vida útil del ciclo de la batería, incluido el sistema de electrolito SSE. Específicamente, en el momento en que se produce el problema del acortamiento de la vida útil del ciclo debido a la alta viscosidad y la baja movilidad del litio
del complejo formado por el primer disolvente representado por el acetonitrilo y la sal de litio representada por el LiTFSI en el sistema de electrolito SSE, hay un efecto de mejora de la viscosidad y la reactividad mediante la adición
del no disolvente a base de éter.
El tercer disolvente puede comprender uno seleccionado del grupo que consiste en diisopropil éter, etil ferc-butil éter, dibutil éter, diisobutil éter, di-n-propil éter y combinaciones de los mismos, y preferentemente, 'si R3 y R4 son diferentes entre sí, y cada uno corresponde a un grupo etilo o un grupo ferc-butilo', el tercer disolvente puede ser etil ferc-butil éter, y 'si R3 y R4 corresponden a un grupo n-butilo', el tercer disolvente puede ser dibutil éter.
El tercer disolvente contenido en el disolvente orgánico puede tener una relación en volumen de 10 o más, una relación en volumen de 12 o más, una relación en volumen de 14 o más, una relación en volumen de 16 o más, una relación en volumen de 18 o más, una relación en volumen de 20 o más, una relación en volumen de 22 o más, una
relación en volumen de 24 o más, una relación en volumen de 25 o más, una relación en volumen de 26 o más, una relación en volumen de 28 o más, una relación en volumen de 30 o más, una relación en volumen de 32 o más, o una relación en volumen de 34 o más, y una relación en volumen de 60 o menos, una relación en volumen de 58 o menos, una relación en volumen de 56 o menos, una relación en volumen de 54 o menos, una relación en volumen de 52 o menos, una relación en volumen de 50 o menos, una relación en volumen de 48 o menos, una relación en volumen de 46 o menos, una relación en volumen de 45 o menos, una relación en volumen de 44 o menos, una relación en volumen de 42 o menos, una relación en volumen de 40 o menos, una relación en volumen de 38 o menos, o una relación en volumen de 36 o menos, con respecto a la relación en volumen de 100 del disolvente orgánico. Si la relación en volumen es menor que la relación en volumen de 10, puede existir el problema de que aumenten la densidad y la viscosidad de la solución de electrolito y, por lo tanto, se reduzca la reactividad de la batería. Por el contrario, si la relación en volumen es mayor que la relación en volumen de 60, el comportamiento del sistema de electrolito SSE ya no aparece, y puede producirse un fenómeno de sobrecarga debido al efecto lanzadera del polisulfuro de litio.
El tercer disolvente contenido en el disolvente orgánico puede tener una relación en volumen de 25 o más, una relación en volumen de 30 o más, una relación en volumen de 35 o más, una relación en volumen de 40 o más, una relación en volumen de 45 o más, una relación en volumen de 50 o más, una relación en volumen de 55 o más, una relación en volumen de 60 o más, una relación en volumen de 65 o más, una relación en volumen de 70 o más, una relación en volumen de 75 o más, una relación en volumen de 80 o más, una relación en volumen de 85 o más, una relación en volumen de 90 o más, o una relación en volumen de 95 o más, y una relación en volumen de 350 o menos, una relación en volumen de 335 o menos, una relación en volumen de 320 o menos, una relación en volumen de 305 o menos, una relación en volumen de 290 o menos, una relación en volumen de 275 o menos, una relación en volumen de 260 o menos, una relación en volumen de 245 o menos, una relación en volumen de 230 o menos, una relación en volumen de 215 o menos, una relación en volumen de 200 o menos, una relación en volumen de 185 o menos, una relación en volumen de 170 o menos, una relación en volumen de 155 o menos, una relación en volumen de 140 o menos, una relación en volumen de 125 o menos, una relación en volumen de 120 o menos, una relación en volumen de 115 o menos, una relación en volumen de 110 o menos, o una relación en volumen de 105 o menos, con respecto a la relación en volumen de 100 del segundo disolvente. Si la relación en volumen es menor que la relación en volumen de 25, el efecto de reducir la densidad del electrolito y mejorar el rendimiento a baja temperatura puede ser insignificante. Por el contrario, si la relación en volumen es mayor que la relación en volumen de 350, el comportamiento del sistema de electrolito SSE ya no aparece, y puede producirse un fenómeno de sobrecarga debido al efecto lanzadera del polisulfuro de litio.
La solución de electrolito para la batería de litio-azufre de la presente invención puede contener una sal de litio. La sal de litio es un buen material para ser disuelto en un disolvente orgánico y se puede seleccionar del grupo que consiste en LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl-i0, LiB(Ph)4, LiC4BOs, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, USO3CH3, USO3CF3, LiSCN, UC(CFaSO2)3, UN(CF<s>SO2)2, LiN(C2FaSO2)2, LiN(SO2F)2, cloroborano de litio, carboxilato alifático inferior de litio, tetrafenilborato de litio e imida de litio, y puede ser preferentemente LiN(CF3SO2)2 (LITFSI).
La concentración de la sal de litio puede ser de 0,1 a 5,0 M, preferentemente de 0,2 a 3,0 M, más específicamente de 0,5 a 2,5 M dependiendo de diversos factores tales como la composición exacta de la mezcla contenida en la solución de electrolito, la solubilidad de la sal, la conductividad de la sal disuelta, las condiciones de carga y descarga de la batería, la temperatura de funcionamiento y otros factores conocidos en el campo de las baterías de litio. Si la concentración de la sal de litio es inferior a 0,1 M, la conductividad de la solución de electrolito puede disminuir y, por lo tanto, el rendimiento de la solución de electrolito puede deteriorarse. Si la concentración de la sal de litio es superior a 5,0 M, la viscosidad de la solución de electrolito puede aumentar y, por lo tanto, la movilidad del ion de litio (L¡+) puede reducirse.
La solución de electrolito para la batería de litio-azufre de la presente invención puede incluir además aditivos comúnmente usados en la técnica además de la composición descrita anteriormente. La solución de electrolito, por ejemplo, puede comprender uno seleccionado del grupo que consiste en nitrato de litio (LiNOa), nitrato de potasio (KNO3), nitrato de cesio (CsNO3), nitrato de magnesio (Mg(NO3)2), nitrato de bario (Ba(NO3)2), nitrito de litio (LiNO2), nitrito de potasio (KNO2), nitrito de cesio (CsNO2) y combinaciones de los mismos.
El método para preparar la solución de electrolito para la batería de litio-azufre de acuerdo con la presente invención no está particularmente limitado en la presente invención, y puede ser un método convencional conocido en la técnica.
Batería de litio-azufre
La batería de litio-azufre de acuerdo con la presente invención comprende un electrodo positivo; un electrodo negativo; un separador interpuesto entre el electrodo positivo y el electrodo negativo; y una solución de electrolito, en donde la solución de electrolito comprende la solución de electrolito para batería de litio-azufre de acuerdo con la presente invención.
El electrodo positivo puede comprender un colector de corriente de electrodo positivo y una capa de material activo de electrodo positivo depositada como recubrimiento sobre una superficie o ambas superficies del colector de corriente de electrodo positivo.
El colector de corriente de electrodo positivo soporta el material activo de electrodo positivo y no está particularmente limitado siempre que tenga una alta conductividad sin provocar un cambio químico en la batería. Por ejemplo, cobre, acero inoxidable, aluminio, níquel, titanio, paladio, carbono sinterizado; cobre o acero inoxidable con superficie tratada con carbono, níquel, plata o similares; una aleación de aluminio-cadmio o similares, se pueden usar como colector de corriente de electrodo positivo.
El colector de corriente de electrodo positivo puede mejorar la fuerza de unión con el material activo de electrodo positivo al tener finas irregularidades en su superficie, y puede estar formado en diversas formas tales como una película, una lámina, una hoja, una malla, una red, un cuerpo poroso, una espuma o un tejido no tejido.
La capa de material activo de electrodo positivo puede comprender un material activo de electrodo positivo, un aglutinante y un material eléctricamente conductor.
El material activo de electrodo positivo puede comprender al menos uno seleccionado del grupo que consiste en azufre elemental (S8), un compuesto orgánico de azufre, Li2Sn (n > 1) y un polímero de carbono-azufre ((C2Sx)n: x = 2,5 ~ 50, n > 2).
El azufre contenido en el material activo de electrodo positivo se usa en combinación con un material eléctricamente conductor tal como un material de carbono ya que no tiene conductividad eléctrica por sí solo. De acuerdo con ello, el azufre está contenido en forma de un material compuesto de azufre-carbono y, preferentemente, el material activo de electrodo positivo puede ser un material compuesto de azufre-carbono.
El carbono en el material compuesto de azufre-carbono es un material de carbono poroso y proporciona un armazón capaz de inmovilizar el azufre de manera uniforme y estable, y complementa la baja conductividad eléctrica del azufre para permitir que la reacción electroquímica se desarrolle sin problemas.
El material de carbono poroso se puede producir generalmente carbonizando precursores de diversos materiales de carbono. El material de carbono poroso puede comprender poros irregulares en el mismo, el diámetro promedio de los poros está en el intervalo de 1 a 200 nm, y la porosidad puede estar en el intervalo del 10 al 90 % del volumen total del material de carbono poroso. Si el diámetro promedio de los poros es menor que el intervalo anterior, el tamaño de poro es solo a nivel molecular y la impregnación con azufre es imposible. Por el contrario, si el diámetro promedio de los poros es mayor que el intervalo anterior, la resistencia mecánica del material de carbono poroso se debilita, lo que no es preferente para su aplicación al proceso de fabricación del electrodo.
La forma del material de carbono poroso es de esfera, varilla, aguja, placa, tubo o a granel, y se puede usar sin limitación siempre que se use comúnmente en una batería de litio-azufre.
El material de carbono poroso puede tener una estructura porosa o un área de superficie específica elevada, y puede ser cualquiera de los usados convencionalmente en la técnica. Por ejemplo, el material de carbono poroso puede ser, pero sin limitación, al menos uno seleccionado del grupo que consiste en grafito; grafeno; negros de humo tales como el negro Denka, negro de acetileno, negro de Ketjen, negro de canal, negro de horno, negro de lámpara y negro térmico; nanotubos de carbono (CNT) tales como nanotubos de carbono de pared simple (SWCNT) y nanotubos de carbono de pared múltiple (MWCNT); fibras de carbono tales como nanofibras de grafito (GNF), nanofibras de carbono (CNF) y fibra de carbono activada (ACF); grafito tal como grafito natural, grafito artificial y grafito expandido y carbón activado, y preferentemente nanotubos de carbono (CNT).
El método para preparar el material compuesto de azufre-carbono no está particularmente limitado en la presente invención, y se puede usar un método comúnmente usado en la técnica.
El electrodo positivo puede comprender además al menos un aditivo seleccionado de un elemento de metal de transición, un elemento del grupo NIA, un elemento del grupo IVA, un compuesto de azufre de estos elementos, y una aleación de estos elementos y azufre, además del material activo de electrodo positivo descrito anteriormente.
El elemento de metal de transición puede comprender Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Au, Hg o similares, y el elemento del grupo NIA puede comprender Al, Ga, In, Ti y similares, y el elemento del grupo IVA puede comprender Ge, Sn, Pb y similares.
El material eléctricamente conductor es un material que actúa como una vía, a través de la cual se transfieren electrones desde el colector de corriente al material activo de electrodo positivo, conectando eléctricamente el electrolito y el material activo de electrodo positivo, y se puede usar sin limitación siempre que tenga conductividad eléctrica.
Por ejemplo, dado que el material eléctricamente conductor, grafito tal como grafito natural o grafito artificial; negros de humo tales como Super P, negro Denka, negro de acetileno, negro de Ketjen, negro de canal, negro de horno, negro de lámpara y negro térmico; derivados de carbono tales como nanotubos de carbono y fullereno; fibras eléctricamente conductoras tales como fibras de carbono y fibras metálicas; fluoruro de carbono; polvos metálicos tales como polvo de aluminio y níquel o polímeros eléctricamente conductores tales como polianilina, politiofeno, poliacetileno y polipirrol, se pueden usar solos o en combinación.
El aglutinante mantiene el material activo de electrodo positivo en el colector de corriente de electrodo positivo y conecta orgánicamente los materiales activos de electrodo positivo para aumentar aún más la fuerza de unión entre los mismos, y se puede usar cualquier aglutinante conocido en la técnica como aglutinante.
Por ejemplo, el aglutinante puede ser aglutinantes a base de fluororresina que comprende fluoruro de polivinilideno (PVdF) o politetrafluoroetileno (PTFE); aglutinantes a base de caucho que comprenden caucho de estirenobutadieno (SBR), caucho de acrilonitrilo-butadieno y caucho de estireno-isopreno; aglutinantes a base de celulosa que comprenden carboximetilcelulosa (CMC), almidón, hidroxipropilcelulosa y celulosa regenerada; aglutinantes a base de polialcohol; aglutinantes a base de poliolefina que comprenden polietileno y polipropileno; aglutinantes a base de poliimida; aglutinantes a base de poliéster; y aglutinantes basados en silano, o mezclas o copolímeros de dos o más de los mismos.
El método de fabricación del electrodo positivo no está particularmente limitado en la presente invención, y se puede usar un método comúnmente usado en la técnica. Por ejemplo, el electrodo positivo se puede preparar preparando una composición de suspensión para el electrodo positivo y aplicándola después a al menos una superficie del colector de corriente de electrodo positivo.
La composición de suspensión para el electrodo positivo comprende el material activo de electrodo positivo, el material eléctricamente conductor y el aglutinante tal como se ha descrito anteriormente, y puede comprender además un disolvente distinto del disolvente anterior.
Como disolvente, se usa uno capaz de dispersar uniformemente un material activo de electrodo positivo, un material eléctricamente conductor y un aglutinante. Tal disolvente es un disolvente acuoso y el agua es el más preferente y, en este caso, el agua puede ser agua destilada o agua desionizada. Sin embargo, no se limita necesariamente a la misma y, si es necesario, se puede usar un alcohol inferior que se pueda mezclar fácilmente con agua. Ejemplos del alcohol inferior incluyen metanol, etanol, propanol, isopropanol y butanol y, preferentemente, se pueden usar en combinación con agua.
La cantidad de carga de azufre en el electrodo positivo puede ser de 1 a 10mAh/cm2, preferentemente de 3 a 6 mAh/cm2.
El electrodo negativo puede comprender un colector de corriente de electrodo negativo y una capa de material activo de electrodo negativo depositada como recubrimiento sobre una superficie o ambas superficies del colector de corriente de electrodo negativo. Como alternativa, el electrodo negativo puede ser una placa de metal de litio.
El colector de corriente de electrodo negativo es para soportar la capa de material activo de electrodo negativo, y no está particularmente limitado siempre que tenga una alta conductividad sin provocar cambios químicos en la batería, y se puede seleccionar del grupo que consiste en cobre, aluminio, acero inoxidable, zinc, titanio, plata, paladio, níquel, hierro, cromo y aleaciones y combinaciones de los mismos. El acero inoxidable se puede tratar superficialmente con carbono, níquel, titanio o plata, y la aleación puede ser una aleación de aluminio-cadmio. Además de esos, se puede usar carbono sinterizado, un polímero no conductor tratado superficialmente con un material eléctricamente conductor, o un polímero eléctricamente conductor.
De manera adicional, la forma del colector de corriente de electrodo negativo puede ser de diversas formas tal como una película que tiene o no irregularidades finas en una superficie, una lámina, una hoja, una red, un cuerpo poroso, una espuma, un tejido no tejido y similares.
La capa de material activo de electrodo negativo puede incluir un material eléctricamente conductor, un aglutinante, etc., además del material activo de electrodo negativo. En este momento, el material eléctricamente conductor y el aglutinante son tal como se ha descrito anteriormente.
El material activo de electrodo negativo puede comprender un material capaz de intercalar o desintercalar reversiblemente litio (L¡+), un material capaz de reaccionar con iones de litio para formar reversiblemente compuestos que contienen litio, metal de litio o aleación de litio.
El material capaz de intercalar o desintercalar reversiblemente iones de litio (Li+) puede ser, por ejemplo, carbono cristalino, carbono amorfo o una mezcla de los mismos. El material capaz de reaccionar con iones de litio (Li+) para formar reversiblemente compuestos que contienen litio puede ser, por ejemplo, óxido de estaño, nitrato de titanio, o silicio. La aleación de litio puede ser, por ejemplo, una aleación de litio (Li) y un metal seleccionado del grupo que consiste en sodio (Na), potasio (K), rubidio (Rb), cesio (Cs), francio (Fr), berilio (Be), magnesio (Mg), calcio (Ca), estroncio (Sr), bario (Ba), radio (Ra), aluminio (Al) y estaño (Sn).
Preferentemente, el material activo de electrodo negativo puede ser metal de litio y, específicamente, puede estar en forma de una película delgada de metal de litio o un polvo de metal de litio.
El método de formación del material activo de electrodo negativo no está particularmente limitado, y se puede usar un método de formación de una capa o película comúnmente usado en la técnica. Por ejemplo, métodos tales como compresión, recubrimiento y deposición se pueden usar. De manera adicional, una carcasa, en la que se forma una película delgada de litio metálico sobre una placa metálica mediante carga inicial después de ensamblar una batería sin una película delgada de litio sobre el colector de corriente, también está comprendida en el electrodo negativo de la presente invención.
La solución de electrolito es para provocar una reacción electroquímica de oxidación o reducción en el electrodo positivo y el electrodo negativo a través de la misma, y es tal como se ha descrito anteriormente.
La inyección de la solución de electrolito se puede realizar en una etapa apropiada en el proceso de fabricación de una batería de litio-azufre dependiendo del proceso de fabricación y las propiedades físicas requeridas del producto final. Esto es, se puede aplicar antes de ensamblar la batería de litio-azufre o en la etapa final de ensamblaje.
Se puede interponer un separador convencional entre el electrodo positivo y el electrodo negativo. El separador es un separador físico que tiene la función de separar físicamente los electrodos y se puede usar sin limitación particular siempre que se use como un separador convencional y, en particular, es preferente un separador con una baja resistencia a la migración de iones en la solución de electrolito y una excelente capacidad de impregnación para la solución de electrolito.
De manera adicional, el separador permite el transporte de iones de litio entre el electrodo positivo y el electrodo negativo mientras separa o aísla el electrodo positivo y el electrodo negativo entre sí. El separador puede estar hecho de un material poroso, no conductor o aislante. El separador se puede usar sin ninguna limitación particular siempre que se use normalmente como separador en una batería de litio-azufre. El separador puede ser un elemento independiente tal como una película o puede ser una capa de recubrimiento añadida al electrodo positivo y/o al electrodo negativo.
El separador puede estar hecho de un sustrato poroso. Se puede usar cualquier sustrato poroso siempre que sea un sustrato poroso comúnmente usado en una batería de litio-azufre. Una película de polímero poroso se puede usar sola o en forma de laminado. Por ejemplo, se puede usar un tejido no tejido hecho de fibras de vidrio de alto punto de fusión o fibras de tereftalato de polietileno, etc., o una membrana porosa a base de poliolefina, pero sin limitación.
El material del sustrato poroso no está particularmente limitado en la presente invención, y se puede usar cualquier material siempre que sea un sustrato poroso comúnmente usado en una batería de litio-azufre. Por ejemplo, el sustrato poroso puede comprender al menos un material seleccionado del grupo que consiste en poliolefina tal como polietileno y polipropileno, poliéster tal como tereftalato de polietileno y tereftalato de polibutileno, poliamida, poliacetal, policarbonato, poliimida, polieteretercetona, polietersulfona, óxido de polifenileno, sulfuro de polifenileno, naftalato de polietileno, politetrafluoroetileno, fluoruro de polivinilideno, cloruro de polivinilo, poliacrilonitrilo, celulosa, nailon, poli(p-fenileno benzobisoxazol), y poliarilato.
El grosor del sustrato poroso no está particularmente limitado, pero puede ser de 1 a 100 pm, preferentemente de 5 a 50 pm. Aunque el intervalo de grosores del sustrato poroso no está particularmente limitado al intervalo mencionado anteriormente, si el grosor es excesivamente más delgado que el límite inferior descrito anteriormente, las propiedades mecánicas se deterioran y, por lo tanto, el separador puede dañarse fácilmente durante el uso de la batería.
El tamaño promedio y la porosidad de los poros presentes en el sustrato poroso tampoco están particularmente limitados, pero pueden ser de 0,1 a 50 pm y del 10 al 95 %, respectivamente.
En el caso de la batería de litio-azufre de acuerdo con la presente invención, es posible realizar procesos de laminación o apilamiento y plegado del separador y el electrodo, además del proceso de enrollado que es un proceso general.
La forma de la batería de litio-azufre no está particularmente limitada y puede tener varias formas tales como un tipo cilíndrico, un tipo apilado y un tipo de moneda.
En lo sucesivo en el presente documento, se presentan ejemplos preferentes para ayudar a la comprensión de la presente invención, aunque los siguientes ejemplos se proporcionan solo sólo para facilitar la comprensión de la presente invención, y la presente invención no se limita a los mismos.
Ejemplo: Fabricación de una batería de litio-azufre
Preparación de una solución de electrolito para batería de litio-azufre: Ejemplos de preparación 1 a 7[Ejemplo de preparación 1]
Se disolvió bis(trifluorometil sulfonil)imida de litio (LiTFSI) a una concentración de 2,3 M en un disolvente orgánico para preparar una solución de electrolito para una batería de litio-azufre.
Un disolvente obtenido mezclando acetonitrilo (ACN), que es un primer disolvente, 1,1,2,2-tetrafluoroetil-2,2,3,3-tetrafluoropropil éter (TTE), que es un segundo disolvente, y etil ferc-butil éter (EtBE), que es un tercer disolvente, en una relación en volumen de 30:52,5:17,5 se usó como disolvente orgánico.
[Ejemplo de preparación 2]
Se preparó una solución de electrolito para una batería de litio-azufre de la misma manera que en el ejemplo de preparación 1, excepto por que cuando se preparó el disolvente orgánico, el primer solvente, el segundo disolvente y el tercer disolvente se mezclan en una relación en volumen de 30:35:35.
[Ejemplo de preparación 3]
Se preparó una solución de electrolito para una batería de litio-azufre de la misma manera que en el ejemplo de preparación 1, excepto por que cuando se preparó el disolvente orgánico, el primer solvente, el segundo disolvente y el tercer disolvente se mezclan en una relación en volumen de 30:17,5:52,5.
[Ejemplo de preparación 4]
Se preparó una solución de electrolito para una batería de litio-azufre de la misma manera que en el ejemplo de preparación 1, excepto por que cuando se preparó el disolvente orgánico, se usó diisopropil éter (DiPE) en lugar de etil ferc-butil éter (EtBE) como tercer disolvente.
[Ejemplo de preparación 5]
Se preparó una solución de electrolito para una batería de litio-azufre de la misma manera que en el ejemplo de preparación 2, excepto por que cuando se preparó el disolvente orgánico, se usó diisopropil éter (DiPE) en lugar de etil ferc-butil éter (EtBE) como tercer disolvente.
[Ejemplo de preparación 6]
Se preparó una solución de electrolito para una batería de litio-azufre de la misma manera que en el ejemplo de preparación 3, excepto por que cuando se preparó el disolvente orgánico, se usó diisopropil éter (DiPE) en lugar de etil ferc-butil éter (EtBE) como tercer disolvente.
[Ejemplo de preparación 7]
Se preparó una solución de electrolito para una batería de litio-azufre de la misma manera que en el ejemplo de preparación 1, excepto por que no se usó el tercer disolvente, y se mezclaron acetonitrilo (ACN) como primer disolvente y 1,1,2,2-tetrafluoroetil-2,2,3,3-tetrafluoropropil éter (TTE) como segundo disolvente en una relación en volumen de 30:70 para obtener un disolvente orgánico.
Tabla 1:
continuación
Fabricación de una batería de litio-azufre: Ejemplos 1 a 6 y ejemplo comparativo 1
[Ejemplo 1]
Se usó agua como disolvente y un material compuesto de azufre-carbono, un material eléctricamente conductor y un aglutinante se mezclaron en una relación de 90:10:10 para preparar una suspensión para un material activo de electrodo positivo. En este momento, el material compuesto de azufre-carbono se preparó mezclando azufre y nanotubos de carbono (CNT) en una relación en peso de 7:3, seguido de una fusión y difusión a 155 °C. Además, se usó negro Denka como material eléctricamente conductor, y se usó un aglutinante en forma de una mezcla de SBR y CMC como aglutinante.
La suspensión para el material activo de electrodo positivo se aplicó a una superficie de un colector de corriente de aluminio y se secó después para preparar un electrodo positivo con una cantidad de carga de 5 mAh/cm2
De manera adicional, se usó un metal de litio con un grosor de 50 pm como electrodo negativo.
Después de colocar el electrodo positivo preparado y el electrodo negativo uno frente al otro, se interpuso un separador de polietileno con un grosor de 20 pm y una porosidad del 45 % entre el electrodo positivo y el electrodo negativo. Posteriormente, la solución de electrolito para la batería de litio-azufre del ejemplo de preparación 1 se inyectó en la carcasa para fabricar una batería de litio-azufre.
[Ejemplos 2 a 6]
Las baterías de litio-azufre se prepararon de la misma manera que en el ejemplo 1, excepto por que las soluciones de electrolito de los ejemplos de preparación 2 a 6 anteriores se usaron como solución de electrolito para una batería de litio-azufre.
[Ejemplo comparativo 1]
Se preparó una batería de litio-azufre de la misma manera que en el ejemplo 1, excepto por que la solución de electrolito del ejemplo de preparación 7 anterior se usó como solución de electrolito para una batería de litio-azufre.
Ejemplo experimental 1: Evaluación del rendimiento de carga y descarga inicial
Se evaluaron los rendimientos de carga y descarga iniciales para las baterías de litio-azufre fabricadas mediante los ejemplos 1 a 6 y el ejemplo comparativo 1 anterior.
Específicamente, cuando la temperatura de funcionamiento de la batería era de 35 °C y 25 °C, la capacidad de descarga inicial y la tensión nominal en el primer ciclo se midieron realizando una carga de 0,1 C/descarga de 0,1 C durante 3 ciclos en un intervalo de tensión de 1,0 a 3,3 V, y los resultados se muestran en la tabla 2 a continuación. De manera adicional, el resultado de la evaluación a una temperatura de funcionamiento de 35 °C se muestra en la figura 1 y el resultado de la evaluación a 25 °C se muestra en la figura 2.
Tabla 2
continuación
De acuerdo con la tabla 2 y las figuras 1 y 2, se confirmó que los ejemplos 1 a 6, en los que 'una parte del TTE, que es el segundo disolvente, se sustituyó por un tercer disolvente, que es un no disolvente a base de éter' tienen una excelente capacidad de descarga inicial de 1300 mAh/gazufre o más y una tensión nominal alta de 2,014 V o más incluso a 35 °C, que es una temperatura baja con respecto a la temperatura de funcionamiento del sistema convencional de electrolito basado en electrolitos de solvatación escasa (SSE) y, a través de esto, se descubrió que también aumentaba la densidad de energía de la batería.
En particular, en el caso de los ejemplos 2 y 5, que incluyen una solución de electrolito obtenida no solo añadiendo el primer disolvente, sino también mezclando el segundo disolvente y el tercer disolvente en una relación en volumen de 1:1, se confirmó que la capacidad de descarga inicial y la tensión nominal eran superiores a las de otros ejemplos en los que únicamente era diferente la relación de mezcla en volumen para el mismo tipo de disolvente.
De manera adicional, incluso en la condición de funcionamiento de 25 °C, que es inferior a 35 °C, los ejemplos 2 y 5 'que incluyen un tercer disolvente, que es un no disolvente a base de éter', mostraron efectos superiores en comparación con el ejemplo comparativo 1 a través de una capacidad de descarga inicial de 1130 mAh/gazufre o más y una tensión nominal mayor.
Ejemplo experimental 2: Evaluación de las características de vida útil de la batería
Para las baterías de litio-azufre preparadas en los ejemplos 1 a 6 y el ejemplo comparativo 1, las características de vida útil de las baterías se evaluaron mediante la repetición de un ciclo de carga/descarga.
Específicamente, después de 3 ciclos de carga de 0,1 C/descarga de 0,1 C en un intervalo de tensión de 1,0 a 3,3 V, las características de vida útil de las baterías se evaluaron mientras se repetía la carga de 0,1 C/descarga de 0,3 C. Los resultados obtenidos al realizar la evaluación de las características de vida útil de las baterías a la temperatura de funcionamiento de la batería de 35 °C se muestran en la figura 3, y los resultados obtenidos al proceder a la temperatura de funcionamiento de 25 °C se muestran en la figura 4. De manera adicional, cuando la temperatura de funcionamiento de la batería era de 35 °C y 25 °C, se midió la capacidad de descarga después del 50o ciclo, y los resultados se muestran en la tabla 3 a continuación.
Tabla 3:
En primer lugar, haciendo referencia a la figura 3 y la tabla 3, se confirmó que los ejemplos 1 a 6, en los que 'una parte del TTE, que es el segundo disolvente, se sustituyó por un tercer disolvente, que es un no disolvente a base de éter, tienen excelentes características de vida útil de las baterías en condiciones de 35 °C, que es una temperatura baja con respecto a la temperatura de funcionamiento del sistema convencional de electrolito SSE, en comparación con el ejemplo comparativo 1 que no incluye un no disolvente a base de éter en absoluto.
De manera adicional, haciendo referencia a la figura 4 y la tabla 3, se confirmó que los ejemplos 2 y 5 'que comprenden un tercer disolvente que es un no disolvente a base de éter' tienen excelentes características de vida útil de las baterías incluso a la temperatura de funcionamiento de 25 °C, en comparación con el ejemplo comparativo 1 que no incluye un no disolvente a base de éter en absoluto. En particular, se confirmó que en el caso del ejemplo comparativo 1, la capacidad de descarga de la batería después de 30 ciclos disminuye bruscamente en la condición de funcionamiento a baja temperatura de 25 °C.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Una solución de electrolito para una batería de litio-azufre que comprende una sal de litio y un disolvente orgánico, en donde el disolvente orgánico comprende un primer disolvente, un segundo disolvente y un tercer disolvente, el primer disolvente comprende un compuesto representado por la fórmula 1 o la fórmula 2 que contiene un grupo ciano (-CN); el segundo disolvente comprende un disolvente a base de un éter fluorado, y el tercer disolvente comprende un no disolvente a base de un éter representado por la fórmula 3 a continuación:
[Fórmula 1] R1-CN
[Fórmula 2] NC-R2-CN
en donde en la fórmula 1, R1 es un grupo alquilo C1 a C10, y en la fórmula 2, R2 es un grupo alquileno C1 a C10,
[Fórmula 3] R3-O-R4
en donde en la fórmula 3, R3 y R4 son iguales o diferentes entre sí, y cada uno es independientemente un grupo metilo, un grupo etilo, un grupo n-propilo, un grupo isopropilo, un grupo n-butilo, un grupo isobutilo, un gruposec-butilo o un grupo ferc-butilo.
2. La solución de electrolito para la batería de litio-azufre de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el primer disolvente está seleccionado de entre el grupo que consiste en acetonitrilo, succinonitrilo, pimelonitrilo, glutaronitrilo, adiponitrilo y combinaciones de los mismos.
3. La solución de electrolito para la batería de litio-azufre de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el segundo disolvente está seleccionado de entre el grupo que consiste en 1,1,2,2-tetrafluoroetil-2,2,3,3-tetrafluoropropil éter, 1H,1H,2'H,3H-decafluorodipropil éter, difluorometil 2,2,2-trifluoroetil éter, 1,2,2,2-tetrafluoroetil trifluorometil éter, 1,1,2,3,3,3-hexafluoropropil difluorometil éter, 1H,1H,2'H,3H-decafluorodipropil éter, pentafluoroetil 2,2,2-trifluoroetil éter, 1H,1H,2'H-perfluorodipropil éter, bis(2,2,2-trifluoroetil) éter, 1,1,2,2-tetrafluoroetil 2,2,2-trifluoroetil éter y combinaciones de los mismos.
4. La solución de electrolito para la batería de litio-azufre de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el tercer disolvente está seleccionado de entre el grupo que consiste en diisopropil éter, etil ferc-butil éter, dibutil éter, diisobutil éter, dipropil éter y combinaciones de los mismos.
5. La solución de electrolito para la batería de litio-azufre de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el disolvente orgánico comprende el primer disolvente que tiene una relación en volumen de 15 a 45 con respecto a una relación en volumen de 100 del disolvente orgánico.
6. La solución de electrolito para la batería de litio-azufre de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el disolvente orgánico comprende el tercer disolvente que tiene una relación en volumen de 10 a 60 con respecto a una relación en volumen de 100 del disolvente orgánico.
7. La solución de electrolito para la batería de litio-azufre de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el disolvente orgánico comprende el tercer disolvente que tiene una relación en volumen de 25 a 45 con respecto a una relación en volumen de 100 del disolvente orgánico.
8. La solución de electrolito para la batería de litio-azufre de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el disolvente orgánico comprende el tercer disolvente que tiene una relación en volumen de 25 a 350 con respecto a una relación en volumen de 100 del segundo disolvente.
9. La solución de electrolito para la batería de litio-azufre de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el disolvente orgánico comprende el tercer disolvente que tiene una relación en volumen de 85 a 115 con respecto a una relación en volumen de 100 del segundo disolvente.
10. Una batería de litio-azufre que comprende un electrodo positivo; un electrodo negativo; un separador interpuesto entre el electrodo positivo y el electrodo negativo; y la solución de electrolito de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.
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