[发明专利]一种含苯硒酚添加剂的锂硫电池电解液及锂硫电池

说明书

本发明公开了一种含苯硒酚(PhSeH)添加剂的锂硫电池电解液及锂硫电池。该电解液包括醚类溶剂、锂盐和添加剂，所述添加剂为苯硒酚。该锂硫电池的电解液，以有机小分子硒醇苯硒酚作为添加剂，通过Se‑S键实现对于S原子的固定，在充放电过程中生成中间产物PhSeSSePh，并在充电过程后期回到硫单质状态，改变电池原有的氧化还原途径，且电池过程完全可逆，充分实现了锂硫电池的高容量特性，极大提高了锂硫电池的循环稳定性。

技术领域

本发明属于锂硫电池电解液技术领域，具体涉及一种含苯硒酚添加剂的锂硫电池电解液及锂硫电池。

背景技术

随着便携式电子设备的快速发展，社会对于锂电池的发展越来越关注。锂离子电池的因其372mAh g^-1的理论比容量已经不能满足大众的需求。与此同时，锂硫电池由于其具2600Wh kg^-1的能量密度和地壳中丰富的硫资源储备而备受研究人员的青睐。在放电过程中，S₈接受8个电子和8个Li⁺，对应了1675mAh g^-1的理论比容量。然而，锂硫电池也面临着以下这些挑战：(1)严重的穿梭效应：高阶的多硫化锂在锂硫电池使用的醚类电解液体系中溶解度较高，导致了它在电池中由浓度梯度和化学势主导的迁移，进而导致其扩散到负极并与锂片反应，造成了活性物质硫的损失、锂片的腐蚀、库仑效率的降低甚至安全问题。(2)由于S₈和其充放电产物较低的离子电导率和电子电导率，电池反应动力学较慢，活性物质利用率较低。因此，为提升电池的电化学性能，目前的工作主要集中于抑制所硫化物的穿梭效应、提升正极材料的导电率和替换传统的电解液组分。有机硫化合物是一类可用于替代单质硫的新型锂硫电池正极材料。如果Se元素参与电极材料的组成，由于其较高的离子电导率，电池将表现出更低的电压迟滞。

电解液添加剂的加入可能会通过改变活性物质种类，在正极附近形成隔离层，催化多硫化锂的歧化反应，与多硫化锂反应，或者改变SEI膜的成分以帮助形成更加致密的SEI膜，但是同时不可避免地会降低电池的能量密度，有时对于电解液的可燃性，毒性，粘度，离子传导率等方面可能会带来严峻挑战。因此，寻找一种电解液添加剂，在抑制多硫化锂生成的同时提升电池的电化学性能是当务之急。

发明内容

本发明目的在于提供一种含苯硒酚添加剂的锂硫电池电解液及锂硫电池。该添加剂苯硒酚通过Se-S键实现对于S原子的固定，在充放电过程中生成中间产物PhSeSSePh，并在充电过程后期回到硫单质状态，改变电池原有的氧化还原途径，电池过程完全可逆，充分实现了锂硫电池的高容量特性，极大提高了锂硫电池的循环稳定性。

为了解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

提供一种含苯硒酚添加剂的锂硫电池电解液，包括醚类溶剂、锂盐和添加剂，所述添加剂为苯硒酚。

按上述方案，所述苯硒酚在电解液中的浓度为0.05～1.0mol/L。

按上述方案，醚类溶剂为DME(乙二醇二甲醚)和DOL(1,3-二氧戊环)混合液,其中DME和DOL溶剂的体积比为(0.8～1.2):1。

按上述方案，锂盐为LiTFSI(双三氟甲基磺酰亚胺锂)和LiNO₃混合物，其中，LiTFSI的浓度为1.0～1.5mol/L，LiNO₃的浓度为0.15～0.25mol/L。

提供一种锂硫电池，包括正极材料，负极材料，隔膜和上述含苯硒酚添加剂的锂硫电池电解液。

按上述方案，正极材料为负载有硫单质的多壁碳纳米管纸。

优选地，硫负载量为0.88～1.15mg cm^-2，碳纳米管纸直径为11～13mm。