[发明专利]锂-硫电池用电解质和包含其的锂-硫电池

说明书

本发明涉及一种锂‑硫电池用液体电解质和包含其的锂‑硫电池。根据本发明的锂‑硫电池用液体电解质表现出优异的稳定性，并且可以通过抑制锂‑硫电池运行期间的气体产生来改善溶胀现象。

技术领域

本申请要求于2016年4月22日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请10-2016-0049531号和2017年3月7日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请10-2017-0028619号的优先权和权益，通过参考将其完整内容并入本文中。

本发明涉及用于锂-硫电池的液体电解质和包含其的锂-硫电池。

背景技术

随着便携式电子设备、电动车辆和大容量电力存储系统近期的发展，出现了对大容量电池的需求。锂-硫电池是使用具有硫-硫键(S-S键)的硫系材料作为正极活性材料并使用锂金属作为负极活性材料的二次电池，且作为正极活性材料的主要材料的硫，具有资源非常丰富、无毒且原子量低的优点。

此外，锂-硫电池的理论放电容量为1672mAh/g硫，且理论能量密度为2600Wh/kg，其与目前研究的其他电池系统的理论能量密度(Ni-MH电池：450Wh/kg，Li-FeS电池：480Wh/kg，Li-MnO₂电池：1000Wh/kg，Na-S电池：800Wh/kg)相比是非常高的，因此作为具有高能量密度性能的电池而受到关注。

然而，由于硫利用率低并因此不能确保足够容量作为理论容量，并且因锂金属电极形成枝晶而引起的电池短路问题，导致锂-硫电池至今尚未商业化。鉴于上述情况，为了解决这些问题，已经开发了具有增加的硫浸渍的正极材料、能够提高硫利用率的液体电解质等。

作为锂-硫电池的液体电解质溶剂，目前最常使用1,3-二氧戊环(DOL)和1,2-二甲氧基乙烷(DME)的混合溶剂。使用所述溶剂的液体电解质在硫利用率方面具有优异的性能。然而，根据本发明的发明人的实验结果，观察到溶胀现象，其中在使用液体电解质运行电池的同时在内部产生气体并且电池发生溶胀。这种溶胀现象引起液体电解质损耗和电池变形，并且还引起活性材料从电极脱嵌，导致电池性能下降的问题。

至今尚未确认由电池内部产生气体引起的这种溶胀现象的原因和产生机理，因此也没有对策。

[现有技术文献]

美国专利6218054号，Dioxolane and dimethoxyethane electrolyte solventsystem(二氧戊环和二甲氧基乙烷电解质溶剂体系)

发明内容

技术问题

鉴于上述情况，本发明的发明人已经对锂-硫电池的液体电解质溶剂组合物进行了研究，结果完成了本发明。

因此，本发明的一个方面提供一种锂-硫电池用液体电解质，所述液体电解质显著减少电池运行期间的气体产生量。

本发明的另一个方面提供一种包含所述液体电解质的锂-硫电池。

技术方案

根据本发明的一个方面，提供一种锂-硫电池用液体电解质，所述液体电解质包含锂盐和非水溶剂，其中所述非水溶剂包含在环状结构中包含一个氧的环醚以及线性醚，且在所述线性醚中，当使用DFT M06-2X方法计算时，C-O键在接收一个电子时的键离解能大于-19.9kcal/mol。

本文中，线性醚可以由如下化学式1表示。

[化学式1]

R¹-O-R²

(在化学式1中，R¹和R²与说明书中描述的相同。)