[发明专利]一种可充放电锂硫电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种可充放电锂硫电池。

背景技术

随着科技的不断进步，各种电子产品的快速发展，要求所用的电源具有质量轻、体积小、容量大等特点，而目前已商品化的二次电池受正极材料容量的限制，其比能量难以继续提高。由于锂硫电池的理论比容量为1672mAhg^-1，比能量可以达到2600Wh kg^-1，并且原料单质硫具有来源丰富、价格便宜等优点，被认为是下一代最具有研究和应用潜力的二次电池体系，引起了众多研究工作者的关注。但是，单质硫在室温下是典型的电子和离子绝缘体(5×10^-30S/cm 25℃)，且在充电过程中硫还原生成Li₂S的过程是一个多步反应，其中间产物多硫化锂易溶于有机液态电解液，这些问题都导致电极活性物质利用率低和电池循环性能差。因此，目前大部分研究都集中于改善正极材料的导电性及与电解液的相容性等方面。然而，传统的锂硫电池在使用中存在严重的安全隐患：(1)由于使用金属锂为负极，在反复充放电的过程中易在锂片表面产生的大量锂枝晶，会穿透多孔性的隔膜而发生电池内部的短路，存在严重的安全性问题；(2)目前锂硫电池使用的电解质为传统的有机电解质(例如：LiPF₆-EC-DMC，LiTFSI-DOL-DME等液态电解质)，这些电解液存在易燃、易挥发的问题，使得采用传统有机电解质的锂硫电池存在明显的安全隐患。因此，通过设计新型的电池结构、选择安全性好的电解液来构筑高安全性的锂硫电池体系是非常有意义的工作。

发明内容

本发明的目的是提供一种高安全性可充放电锂硫电池。

本发明提供的一种可充放电锂硫电池，包括硫正极材料、锂负极材料和电解液；所述电解液由离子液体和含锂电解质盐组成。

上述的锂硫电池中，所述离子液体可为N-乙基-N-丙基吡咯烷双三氟甲基磺酰亚胺盐(P24TFSI)、N-乙基-N-丁基哌啶双三氟甲基磺酰亚胺盐(PP24TFSI)、N-甲基-N-烯丙基吡咯烷双三氟甲基磺酰亚胺盐(P1A3TFSI)、N-甲基-N-丙基吡咯烷双三氟甲基磺酰亚胺盐(P13TFSI)、N-甲基-N-丁基吡咯烷双三氟甲基磺酰亚胺盐(P14TFSI)、N-甲基-N-烯丙基哌啶双三氟甲基磺酰亚胺盐(PP1A3TFSI)、N-甲基-N-丙基哌啶双三氟甲基磺酰亚胺盐(PP13TFSI)、N，N-二甲基-N-乙基-N丙基双三氟甲基磺酰亚胺盐(N1123TFSI)、三甲基丁基胺双三氟甲基磺酰亚胺盐(N1114TFSI)、N，N-二甲基-N-乙基-N丁基胺双三氟甲基磺酰亚胺盐(N1124TFSI)、N，N-二甲基-N-丙基-N丁基胺双三氟甲基磺酰亚胺盐(N1134TFSI)、三甲基己基胺双三氟甲基磺酰亚胺盐(N1116TFSI)、N-乙基-N-丙基吡咯烷双氟磺酰亚胺盐(P24FSI)、N-乙基-N-丁基哌啶双氟磺酰亚胺盐(PP24FSI)、N-甲基-N-烯丙基吡咯烷双氟磺酰亚胺盐(P1A3FSI)、N-甲基-N-丙基吡咯烷双氟磺酰亚胺盐(P13FSI)、N-甲基-N-丁基吡咯烷双氟磺酰亚胺盐(P14FSI)、N-甲基-N-烯丙基哌啶双氟磺酰亚胺盐(PP1A3FSI)、N-甲基-N-丙基哌啶双氟磺酰亚胺盐(PP13FSI)、三甲基腈甲基胺双三氟甲基磺酰亚胺盐(CTMATFSI)、四丁基胺双三氟甲基磺酰亚胺盐(N2222TFSI)、N，N，N-三甲基-N-甲氧基乙基胺双三氟甲基磺酰亚胺盐(N1111O2TFSI)、N，N-二乙基-N-甲基-N-甲氧基乙基胺双三氟甲基磺酰亚胺盐(N2211O2TFSI)、N，N-二甲基-N，N-二乙氧基乙基胺双三氟甲基磺酰亚胺盐(N11(2O2)₂TFSI)和N，N，N-三丁基-N-乙氧基乙基胺双三氟甲基磺酰亚胺盐(N4442O2TFSI)中的一种或几种；所述含锂电解质盐可为LiBF₄、LiPF₆、LiN(CF₃SO₂)₂和LiN(FSO₂)₂中的一种或几种。

上述的锂硫电池中，所述电解液中，所述含锂电解质盐的摩尔浓度可为0.2mol/L～1.2mol/L，具体可为0.5mol/L～1mol/L、0.5mol/L或1mol/L。