[发明专利]一种硫储能电池及改善其倍率性能与循环稳定性的方法

说明书

本发明公开了一种硫储能电池及改善其倍率性能与循环稳定性的方法，属于电池技术领域。具体方法是向硫储能电池的正极和/或电解液中加入添加剂，所述添加剂用于与硫储能电池充放电过程中产生的多硫化物发生反应，使所述多硫化物转换为不溶于电解液的中间产物，从而抑制多硫化物的溶解与穿梭，改善硫储能电池的倍率性能与循环稳定性。本方法不需要对原有的体系施加其它多余的修饰策略，仅仅通过加入少量的添加剂，通过对多硫化锂从液相到固相的转化，抑制多硫化锂在充放电过程中的溶解与穿梭。

技术领域

本发明属于电池技术领域，更具体地，涉及一种硫储能电池及改善其倍率性能与循环稳定性的方法，涉及对所有电化学反应中间产物为多硫化物的电池性能的优化。

背景技术

随着便携式电子设备的迅猛发展以及电动交通工具的普及，人类社会对能源的需求量与日俱增。目前，锂离子电池作为主要的能源储存设备，深入千家万户，人们的日常生活已经离不开锂离子电池。但是当前商业化的锂离子电池能量密度达到瓶颈，难以满足日益增长的能量需求。因此，开发具备更高能量密度的能量存储系统具有极其重要的意义。而锂硫电池由于具备超高的理论比容量与环境友好等优势，得到了人们广泛的关注与研究。基于硫的多电子电化学反应机理，在锂硫电池之后，衍生了诸如硫化锂电池与有机多硫化物电池等一系列电池体系。这些电池体系与锂硫电池一样，虽然都可以提供可观的理论比容量和能量密度，但是，这些电池体系在充放电过程中均会产生多硫化物(在锂电池领域即为多硫化锂)，而多硫化物的溶解和在正负极间的穿梭效应会导致的电池容量的极剧衰减以及库伦效率的下降。因此，抑制甚至是完全解决多硫化物的溶解与穿梭，对于实现上述电池体系的应用具有非常重要的实际价值。

迄今为止，已经有许多手段与方法来抑制锂硫电池及类似电池中的多硫化物穿梭效应，优化电池的循环性能。主要是通过纳米结构限制多硫化物的扩散，利用功能型隔膜阻挡多硫化物的穿梭，还有利用电解液改性实现对多硫化物的锚定。而在这些方法中，电解液改性由于与传统的电池制造技术具有更好的相容性，使得其更利于后续的实际生产和应用。

发明内容

针对多硫化物的穿梭效应带来的电池容量衰减问题，本发明通过引入添加剂，利用多硫化物与添加剂之间的化学反应，实现化学固硫，抑制了多硫化物的溶解与穿梭，极大地改善了该类电池体系的电化学性能。

根据本发明的第一方面，提供了一种改善硫储能电池倍率性能与循环稳定性的方法，向硫储能电池的正极和/或电解液中加入添加剂，所述添加剂用于与硫储能电池充放电过程中产生的多硫化物发生反应，使所述多硫化物转换为不溶于电解液的中间产物，从而抑制多硫化物的溶解与穿梭，改善硫储能电池的倍率性能与循环稳定性。

优选地，所述添加剂为含有羟基与醛基的芳香类化合物。

优选地，所述含有羟基与醛基的芳香类化合物为中的至少一种。

优选地，所述硫储能电池的正极中的活性材料为硫单质、硫化锂或有机多硫化物。

优选地，所述添加剂与正极中的活性材料的质量之比为1：(0.1～100)。

优选地，所述电解液为无机盐溶于有机溶剂中所得的溶液，所述无机盐的浓度为0.1mol/L～4.0mol/L。

优选地，所述添加剂在电解液中的浓度大于等于0.001mol/L。

优选地，所述无机盐为六氟磷酸锂、高氯酸锂、双三氟甲磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂和硝酸锂中的至少一种；所述有机溶剂为碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、环丁砜、1,3-二氧戊环、乙二醇二甲醚和二甘醇二甲醚中的至少一种。

按照本发明的另一方面，提供了一种硫储能电池，所述硫储能电池的正极和/或电解液中含有添加剂，所述添加剂用于与硫储能电池充放电过程中产生的多硫化物发生反应，使所述多硫化物转换为不溶于电解液的中间产物，从而抑制多硫化物的溶解与穿梭，改善硫储能电池的倍率性能与循环稳定性。