[发明专利]锂二硫化铁电池电解液添加剂、电解液和锂二硫化铁电池

说明书

本发明实施例涉及一种锂二硫化铁电池电解液添加剂、电解液和锂二硫化铁电池；所述锂二硫化铁电池电解液包括：电解质锂盐、非质子溶剂和电解液添加剂A；其中，所述电解液添加剂A的结构式(Ⅰ)为：在锂二硫化铁电池首圈放电过程中，所述电解液添加剂A在锂二硫化铁电池的正极表面与正极的多硫化物反应，形成阻碍多硫化物与所述非质子溶剂反应的正极‑电解质界面相CEI膜。

技术领域

本发明涉及锂二硫化铁电池技术领域，尤其涉及一种锂二硫化铁电池电解液添加剂、电解液和锂二硫化铁电池。

背景技术

锂离子电池具有高比能量、高充放电效率和长寿命等优点，是目前最具有应用前景的化学电源之一。目前很多研究者一直在致力于寻找新型的电极材料以提高锂离子电池的容量、快速充放电能力、安全性和循环寿命。在这其中，铁基氧化物因具有非常高的理论比容量(～900mAh/g)、低成本、资源丰富、无污染等优点引起人们的研究兴趣，成为近年来电极材料的研究热点之一。然而铁基氧化物导电性较差，在充放电过程中存在较大的体积变化导致电极结构退化、容量迅速下降和循环性能较差的问题，严重制约了其在锂离子电池中的应用。

锂二硫化铁电池(Li/FeS₂)电解液主要由电解质盐和溶剂组成，电解质盐通常被认为是电解液的核心，其好坏直接影响到电池的容量、功率、使用寿命等主要性能，电解质锂盐应满足以下条件：1)电解质盐与电极正负极材料、活性反应物质、溶剂不发生化学反应，有较宽的电化学窗口；2)在有机溶剂中溶解度高，容易解离，电导率高；3)电解质盐热稳定好，在电池使用高低温环境下不分解不反应，满足安全性要求。

现有市面上的锂二硫化铁电池电解液主要采用的锂盐为碘化锂或双三氟甲烷磺酰亚胺锂，但碘化锂与双三氟甲烷磺酰亚胺锂的成本昂贵，且碘化锂在电解液中并不稳定。而六氟磷酸锂的价格相对较低，实验室里也有用六氟磷酸锂作电解质，六氟磷酸锂体系电解液的电解质盐为LiPF₆，具有电导率高、内阻小、放电速度快等优点，但其吸湿性强，对水分和溶剂中杂质十分敏感，在溶剂中微量水分的作用下LiPF₆分解生成氟化氢(HF)。HF是一种腐蚀性极强的化学物质，容易侵蚀锂铁电池负极金属锂，在负极金属锂表面沉积生成一层致密的氟化锂(LiF)，阻止电池继续反应，导致电池容量大量损失。六氟磷酸锂体系电解液的溶剂往往是碳酸脂类溶剂，由于Li/FeS₂电池在放电过程中会形成多硫化物LiS_n，而多硫化物会和碳酸脂溶剂反应，从而造成电池容量不可逆的损失，同时会造成电解液粘度增大，从而内阻增大，电池失效。

为了优化锂二硫化铁电池的性能，同时降低锂二硫化铁电池的成本，需要开发出一种安全的、以六氟磷酸锂作为主要电解质的电解液。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂二硫化铁电池电解液添加剂、电解液和锂二硫化铁电池，能够解决电解质锂盐(特别是LiPF₆)和碳酸脂溶剂在电池循环过程中发生的副反应，最终导致电极结构退化、容量迅速下降和循环性能较差的问题。

为此，第一方面，本发明实施例提供了一种锂二硫化铁电池电解液，所述锂二硫化铁电池电解液包括：电解质锂盐、非质子溶剂和电解液添加剂A；

其中，所述电解液添加剂A的结构式(Ⅰ)为：

在锂二硫化铁电池首圈放电过程中，所述电解液添加剂A在锂二硫化铁电池的正极表面与正极的多硫化物反应，形成阻碍多硫化物与所述非质子溶剂反应的正极-电解质界面相CEI膜。

优选的，所述电解液添加剂A在所述电解液的质量百分含量为0.1％～30％；

以锂离子计，所述电解质锂盐在所述电解液中的浓度为0.5mol/L～3mol/L；

所述非质子溶剂选自碳酸乙烯酯EC、碳酸甲乙烯酯EMC、碳酸二乙酯DEC、碳酸二甲酯DMC或碳酸丙烯酯PC中的一种或几种组合。