[发明专利]高硫面载量锂硫电池的电解液及其高硫面载量锂硫电池

说明书

本发明公开了一种适用于高硫面载量锂硫电池的电解液，包括有机溶剂、锂盐和具有式1结构的辅助溶剂中的一种或者两种以上混合物：式1R为单独为C1～C3的烷基；X为C1～C2的卤代烷基，本发明的有益效果是，本发明提供了一种适用于高硫面载量锂硫电池的电解液及其制备应用。所述电解液对多硫化锂具有高的溶解度，从而改善充放电过程中，多硫化锂的转化速率，实现锂硫电池在高的硫面载量下，高的活性物质利用率和良好的倍率性能。

技术领域

本发明涉及锂硫电池领域，特别是一种高硫面载量锂硫电池的电解液及其高硫面载量锂硫电池。

背景技术

随着新能源领域迅猛的发展，现有商业化的锂离子电池不足的能量密度已经无法满足人们生产和生活的需求。因此，具有高的能量密度（2600Wh/kg）、低的成本的锂硫电池被认为是重要的下一代电池体系。然而，锂硫电池的商业化依然需要面临一系列挑战：活性物质（硫/硫化锂）低的电子电导率导致了低的放电容量；在电池工作时，严重的飞梭效应不断消耗正负极材，恶化了电池的循环性能；此外，在充/放电过程中，巨大的体积变化会破坏电极结构，造成电池性能较快的衰减，引发了安全问题。

为了克服这些缺陷，研究人员通过设计三维硫正极结构，原位/非原位在金属锂表面构筑保护层，修饰商业隔膜等策略很好的改善了锂硫电池的性能。遗憾地是，这些卓越的电化学性能大多数是在低硫面载量的情况下获得的。当硫面载量提高后，活性物质的利用率急剧下降，严重制约了锂硫电池获得高的实际能量密度。为此，近几年，研究人员将一些能够提高多硫化锂溶解度的无机盐和溶剂用于锂硫电池电解液中。特别是一些具有高供体数的溶剂的使用，能够大幅度提升在高硫面载量下活性物质的利用率，获得高的放电容量。但是，这些溶剂容易于金属锂负极发生反应，生产不稳定的SEI膜，不断的消耗电解液和金属锂，导致循环性能迅速恶化。因此，亟需开发能够兼顾对多硫化锂高溶解度和对金属锂负极稳定的锂硫电池电解液。氟代溶剂能够通过在金属锂表面形成富含氟化锂的坚固的SEI膜，改善金属锂负极稳定性。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种适用于高硫面载量锂硫电池的电解液。

实现上述目的本发明的技术方案为，一种适用于高硫面载量锂硫电池的电解液，包括有机溶剂、锂盐和具有式1结构的辅助溶剂中的一种或者两种以上混合物：

式1

R为单独为C1～C3的烷基；X为C1～C2的卤代烷基。

通过添加式1辅助溶剂到锂硫电池电解液中，能够提高多硫化锂的在电解液中的溶解度，改善了高硫面载量下锂硫电池活性物质硫的利用率。与此同时，式1的有机溶剂能够在金属锂负极表面形成稳定的SEI膜，防止在循环过程中金属锂负极的腐蚀，提升了电池循环稳定性。

优选的，本发明所述的式1的辅助溶剂的R为甲基或者乙基。

优选的，本发明所述的式1的辅助溶剂的X为三氟甲基或者三碘甲基。

优选的，本发明所述的辅助溶剂在电解液中体积百分含量为10%～90%；进一步优选为25%～65%，在此添加量下，电池可以实现更卓越的电化学性能。

优选的，本发明所述的有机溶剂为碳酸乙烯酯、乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、1，3-二氧环戊烷、四氢呋喃、聚乙二醇二甲醚、碳酸丙烯酯、氮甲基吡咯烷酮中的一种或者两种以上的混合物；进一步优选为1，3二氧环戊烷或者乙二醇二甲醚。

优选的，本发明所述的锂盐为六氟磷酸锂、硝酸锂、高氯酸锂、双三氟甲基磺酸亚胺锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、双草酸硼酸锂中的一种或者两种以上混合物；进一步优选为双三氟甲基磺酸亚胺锂。

优选的，本发明所述锂盐在电解液中的浓度优选为0.5～7mol/L。

本发明还提供了一种适用于高硫面载量锂硫电池电解液的应用，用作电解液，用于制备锂硫电池。