[发明专利]一种锂硫电池电解液及其应用

说明书

本发明属于锂硫电池电解液技术领域，具体公开了一种锂硫电池电解液，其包含导电锂盐、有机溶剂和添加剂A，所述添加剂A为巯基化合物、硼氢化钠、维生素C、三丁基磷化氢中的一种或两种及以上；所述添加剂在电解液中的质量百分含量为0.1％～5wt％。所述添加剂A可以有效还原锂硫电池充放电产物——多硫化锂的双硫键，促进长链多硫化物向短链的转化，有效缓解了多硫化物向电解液本体的扩散及由此引起的“穿梭效应”，提升了电池的放电比容量和循环稳定性。

技术领域

本发明涉及一种锂硫电池领域，具体涉及一种锂硫电池用电解液及使用了所述电解液的锂硫电池。

背景技术

近年来，锂硫电池因为其高能量密度(2500Wh/kg、2800Wh/L)，活性物质硫来源广、价格低廉等优势而备受研究者的关注，被认为是最具发展潜力的下一代高能量密度储能器件之一。但由于其复杂的电化学反应机理，一些问题严重

制约了锂硫电池的实际应用。由于放电中间产物长链多硫化物Li₂S_X(_X＝4～8)极易溶于醚类电解液中，导致了正极活性物质的实际利用率不高，造成首圈实际比容量远低于单质硫的理论容量(1675mAh/g)；在电场力和浓度梯度的作用下，长链多硫化锂会向锂金属负极扩散，一方面腐蚀金属锂负极反应生成短链多硫化锂与绝缘的Li₂S，前者又会扩散到正极区域，被氧化成为长链多硫化锂，如此循环往复，即所谓的“穿梭效应”，导致库仑效率严重降低和活性物质不可逆的损失，电池容量因此不断衰减。

针对锂硫电池中多硫化物的穿梭问题，研究者们采取了许多不同的策略并取得了一定效果。正极方面，最普遍的策略是采用具有高比表面积的纳米结构碳材料，将硫吸附于碳材料孔洞中，通过物理限域来阻止多硫化物穿梭。专利CN102208645A将无定型碳包覆硫基正极活性材料表面上，正极材料颗粒为10纳米～10微米，无形型碳层厚度为1～5纳米，显著的提高正极材料的导电性。碳材料包覆对抑制多硫化物穿梭具有一定作用，但随着充放电过程中硫的反复溶解与沉积，硫活性物质会逐渐从碳内部迁移到表面，使得碳材料丧失作用。考虑到多硫离子的具有极性，因此非极性的碳材料对多锂离子的物理吸附作用十分有限，研究者们进一步提出在碳材料或电池隔膜上负载一些具有极性的金属化合物(氧化物、硫化物、氮化物等)，利用这些化合物与多硫离子的化学吸附作用来抑制其穿梭，例如CN201810129954则通过在锂硫电池隔膜中加入带有片层状结构的二硫化钨，可有效的限制多硫化物的穿梭效应，提升锂硫电池的电池性能。另一方面，通过负极表面处理形成一层相对稳定的人造SEI膜，避免由本征SEI膜不稳定引起的电解质、多硫化物与锂金属的反应，也可以在一定程度上缓解“穿梭效应”的影响。针对多硫化物在常规醚类电解液体系中溶解度大的特点，研究者们提出新型的溶剂组份来降低电解液对多硫化物的溶解，如CN201710807396采用离子液体与氟代醚为基础溶剂，利用二者的互补协同作用，增强了电解液抑制多硫化锂溶解与穿梭的能力，但是离子液体和氟代醚往往粘度较大、电导率低，因此电池的倍率性能大打折扣。

发明内容

本发明的一个目的是为了克服现有技术的不足，提供一种锂硫电池的电解液，旨在解决多硫化合物穿梭问题，提升锂硫电池的放电比容量和循环稳定性。

现有技术中，解决多硫化合物穿梭的主要手段为通过物理吸附或化学吸附方法对多硫化合物穿梭进行限制，能起到一定作用，但效果有待提升。另一种思路则是采取离子液体或氟代醚等作为溶剂来降低电解液对多硫化物的溶解度，但同时也大大降低了电解液的电导率，影响电池倍率性能。

为解决现有技术的问题，本发明提供了一种锂硫电池用电解液，包括导电锂盐、有机溶剂和添加剂A：

所述的添加剂A为巯基化合物、硼氢化盐、维生素C、三丁基磷化氢中的一种或两种及以上。