[发明专利]一种锂硫电池

说明书

本发明提供了一种锂硫电池，包括正极、负极和电解液，所述的正极包括含硫的材料，所述的负极包括含锂的材料，所述的电解液包括锂盐和有机溶剂，所述的锂盐包括式Ⅰ所示的氟代磷酸锂，式Ⅰ：LiPR_xF_y，其中，R为氧或草酸根，x和y均为整数，1≤x≤4，1≤y≤4，且x+y≤5。本发明通过采用式Ⅰ所示的氟代磷酸锂，其与有机溶剂等的配合，能够有效改善锂硫电池电极表面的SEI膜性能，从而能够大大提高锂硫电池的容量百分率和温度特性，有利于锂电池的循环寿命和储存寿命的提高。

技术领域

本发明属于化学材料技术领域，涉及一种锂硫电池。

背景技术

锂硫电池是近年来倍受关注和投入较多研究的高容量二次绿色化学电源，其初步表现出的良好电化学性能展示了在未来纯电动车中应用的潜力。

以单质硫为正极活性成分、含锂盐的有机非水溶液体系为电解质、金属锂为负极的锂硫二次电池具有很多优势。按照最终还原反应产物Li₂S计算，单质硫的理论比容量是1675mAh/g，金属锂具有理论比容量3860mAh/g，Li/S氧化还原对的理论能量密度高达2600Wh/kg，在高比能电池方面具有相当诱人的应用前景。

但是单质硫作为电池材料有其固有的缺点，即还原产物Li_xS(x≤2)易溶于电解液中，并扩散到负极Li上与之反应。不仅会造成自放电；而且会在Li电极表面沉积一层绝缘物，使电池性能恶化，尤其是容量衰减快。再者，单质硫或硫化物为电子绝缘体，很大程度上影响了电池的性能。另外，锂金属负极的可靠性问题尚未根本解决，因此到目前为止，锂硫电池仍未得到规模化应用。

为了改善含硫正极的性能，研究者从各个角度出发进行了努力。经过多年的研究和实践，目前应用于锂硫电池的常用电解液为1M LiFSI(LiN(SO₂F)₂)/DME(1，2-二甲氧乙烷)+DOL(1，3-二氧环戊烷)加LiNO₃添加剂。在该电解液中，金属锂负极容易产生锂枝晶，锂循环效率也大多低于98％，且单质硫复合正极存在多硫离子的穿梭反应，在碳酸酯类电解液中，锂负极的锂枝晶析出和低循环效率使电池的循环寿命受到很大影响。

因此，开发具有制备工艺简单、成膜性能优异、防止锂枝晶析出的电解液，尤其是在低温和高温下能稳定使用的电解液对于锂硫电池的性能提升、安全性和循环寿命的提高都具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能大大提高锂硫电池的容量百分率和温度特性，有利于提高锂电池的循环寿命和储存寿命的锂硫电池。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种锂硫电池，包括正极、负极和电解液，所述的正极包括含硫的材料，所述的负极包括含锂的材料，所述的电解液包括锂盐和有机溶剂，所述的锂盐包括式Ⅰ所示的氟代磷酸锂，式Ⅰ：LiPR_xF_y，其中，R为氧或草酸根，x和y均为整数，1≤x≤4，1≤y≤4，且x+y≤5。

优选地，所述的式Ⅰ所示的氟代磷酸锂为LiPO₂F₂、LiP(C₂O₄)₂F₂、LiP(C₂O₄)F₄中的一种或几种。

优选地，所述的式Ⅰ所示的氟代磷酸锂在所述的电解液中的浓度为0.001～2mol/L，进一步优选为0.01～1mol/L。