[发明专利]锂硫二次电池

说明书

本发明提供一种锂硫二次电池，其包含正极、负极、隔膜和电解液。所述正极具有0.45以上的SC因子值。所述电解液包含溶剂和锂盐，并且所述溶剂包含具有1.7以下的DV²因子值的第一溶剂和作为氟化醚类溶剂的第二溶剂。

技术领域

本申请要求基于2018年10月26日提交的韩国专利申请第10-2018-0128729号和2019年10月22日提交的韩国专利申请第10-2019-0131538号的优先权的权益，这些韩国专利申请的全部内容以引用的方式并入本文。

本发明涉及锂硫二次电池。

背景技术

随着二次电池的应用领域扩展到电动车辆(EV)和储能装置(ESS)，具有相对低的重量储能密度(～250Wh/kg)的锂离子二次电池在应用于这样的产品时正面临着限制。可选地，由于锂硫二次电池具有理论上较高的重量储能密度(～2600Wh/kg)，因此其作为下一代二次电池技术而受到关注。

锂硫二次电池是指使用具有硫-硫键(S-S键)的含硫材料作为正极活性材料并且使用锂金属作为负极活性材料的电池系统。作为正极活性材料的主要材料的硫具有以下优势，即资源非常丰富，无毒并且具有低的原子量。

在锂硫二次电池中，当将电池放电时，作为负极活性材料的锂在释放电子并且因此离子化的同时被氧化，并且作为正极活性材料的含硫材料在接受电子的同时被还原。在这种情况下，锂的氧化反应是锂金属释放电子并且被转化成锂阳离子形式的过程。此外，硫的还原反应是S-S键接受两个电子并且被转化成硫阴离子形式的过程。由锂的氧化反应而产生的锂阳离子通过电解质转移到正极，并且与由硫的还原反应而产生的硫阴离子结合而形成盐。具体地，在放电之前硫具有环状S₈结构，其通过还原反应而被转化成多硫化锂(LiS_x)。当多硫化锂被完全还原时，会产生硫化锂(Li₂S)。

作为正极活性材料的呈固体形式的硫由于其电导率低而难以确保与电子和锂离子的反应性。为了改善这种硫的反应性，现有的锂硫二次电池产生Li₂S_x形式的中间多硫化物，由此引起液相反应以改善反应性。在这种情况下，将可高度溶解多硫化锂的诸如二氧戊环和二甲氧基乙烷的醚溶剂用作电解液的溶剂。此外，现有的锂硫二次电池被构造为正极电解质型锂硫二次电池系统以改善反应性。在这种情况下，由于溶解在电解液中的多硫化锂的特性，因此硫的反应性和寿命特性根据电解液的含量而受到影响。为了构建高能量密度，应当注入低含量的电解液，但是随着电解液的含量的减少，电解液中多硫化锂的浓度会增加，并且因此，由于活性材料的流动性的降低和副反应的增加，导致难以进行电池的正常工作。

为了构造具有高能量密度的锂硫二次电池，需要能够驱动具有高负载和低孔隙率的电极的电池系统，并且在本技术领域中持续进行对这样的电池系统的研究。

[现有技术文献]

[非专利文献]

(非专利文献1)Abbas Fotouhi等,Lithium-Sulfur Battery TechnologyReadiness and Applications-A Review(锂硫电池技术的准备和应用——综述),Energies 2017,10,1937。

发明内容

【技术问题】

为了解决上述问题，本发明提供一种锂硫二次电池，其可以通过将正极和电解液调节到特定条件来实现高能量密度的锂硫二次电池。

【技术方案】

根据本发明的第一个方面，本发明提供一种锂硫二次电池，其包含正极、负极、隔膜和电解液。

在本发明的一个实施方式中，所述正极具有0.45以上的由以下式1表示的SC因子值。

[式1]