[发明专利]一种提升锂硫电池循环性能的电解液及其制备

说明书

本发明属于锂硫电池领域，具体涉及四氟硼酸源在锂硫电池中的应用，通过四氟硼酸源配置的锂硫电池电解液，通过功能添加剂在充放电循环过程中的作用，使锂硫电池具有优异的长循环稳定性能以及高比容量等，且其制备方法简单，成本低廉，具有广阔的工业化应用前景。

技术领域

本发明涉及一种提高锂硫电池循环性能的方法，特别涉及一种锂硫电池电解液的制备方法，属于锂硫电池领域。

背景技术

近年来，锂硫电池因为其高能量密度(2500Wh/kg、2800Wh/L)，作为活性物质的硫来源广、价格低廉等明显优势而备受关注，被认为是发展潜力的新一代高能量密度储能电池之一。但由于其充放电循环过程中复杂的电化学反应机理，以及充放电过程中的穿梭效应、容量衰减快等一系列问题严重制约了锂硫电池往更近一步的突破。

针对锂硫电池的容量衰减问题，近年来研究者们采取了许多策略并取得了不错的效果。在针对锂硫电池正极的研究当中，采用各种导电多孔碳与硫复合，将硫填充至高比表面积的碳孔中，可保证导电相与绝缘硫充分接触、促进电荷的转移传输，碳孔的吸附性一定程度上限制活性物质不脱离，碳的刚性骨架还能够制约电极充放电过程中的体积变化所导致的活性物质脱落问题。在针对负极的研究中，新型3D锂负极的三维空间结构加快了电荷转移速度，同时减小了界面阻力；相比于平面锂负极大大增加的比表面积，降低了局部的电流密度，使得电荷分布均匀，从而降低了锂枝晶的生长速率；此外，通过负极表面处理形成稳定的人造SEI膜，避免由本征SEI膜不稳定引起的电解质、多硫化物与锂金属的反应所造成的活性物质损失。隔膜方面，通过高性能涂层材料的设计与合成以及新型隔膜材料与多层隔膜的开发，在一定程度上阻挡了多硫化物的穿梭，减轻了锂负极的腐蚀，从而改善锂硫电池的性能，但是这些方面都有带来局限性，正极材料在改性的同时会牺牲一部分的容量，新型负极的研究尚处于实验室研究阶段，安全问题还得不到解决，隔膜的改性也会引入体积的增加，从而降低体积能量密度。

电解液作为电池必不可少的组分之一，对于锂硫电池的性能发挥有着关键作用。通过加入各种添加剂，锂硫电池的库伦效率和循环性能得到了改善。但是大部分添加剂也存在着缺陷，以目前最广为使用的LiNO₃为例，在提升库伦效率的同时对提高比容量的效果并不佳。原因在于其只是在锂负极表面形成SEI膜，一定程度上阻挡了多硫化物的腐蚀，却不能从源头上阻止多硫化物溶出，以解决活性物质流失所造成的的那部分不可逆容量损失。

发明内容

为解决现有技术大多存在的技术问题，本发明提供了一种锂硫电池电解液，旨在通过该无机添加剂四氟硼酸源，提升锂硫电池的电化学循环性能。

一种锂硫电池电解液，包括有机溶剂、无机导电锂盐和四氟硼酸源；

所述的四氟硼酸源为四氟硼酸铵、四氟硼酸银、四氟硼酸四甲基铵、四氟硼酸钠、四氟硼酸钾、四氟硼酸镁、四氟硼酸钙、四氟硼酸四乙基铵、四氟硼酸四丁基铵、四氟硼酸硝中的至少一种。

通过向锂硫电池基础电解液中加入所述的四氟硼酸源作为添加剂，可以有效提高锂硫电池的循环稳定性，降低电池循环过程中的阻抗；有助于明显提升锂硫电池的循环稳定性能。

可向现有常规的锂硫电池的基础电解液中添加本发明所述的四氟硼酸源添加剂，达到提升组装得到的锂硫电池的电化学性能的目的。

本发明所述的电解液体系，为一种包含有机溶剂、锂盐以及本发明所述的四氟硼酸源的混合体系，相比于现有技术，本发明所述的四氟硼酸源中结合的阳离子具有半径更大的特点，通过半径较大的阳离子以及四氟硼酸根的协同复合作用，能加快离子迁移速率，降低阻抗，减少活性物质的损失；不仅如此，所述的作为添加量使用的四氟硼酸源还可和体系中的锂盐同电极材料进行相互作用，进一步提升电化学循环性能。

研究发现，本发明中的电解质由无机导电锂盐提供，本发明所述的四氟硼酸源作为功能添加剂使用，其用量控制在所要求的范围内，方能在体系中起到出人意料地提升循环性能的目的。