一種提高電池容量的鋰硫電池電解液及其制備方法技術

本發明專利技術涉及一種提高電池容量的鋰硫電池電解液及其制備方法，所述電解液包括有機溶劑、鋰鹽和添加劑，其特征在于：所述有機溶劑包括第一溶劑、第二溶劑和第三溶劑，所述第一溶劑為1,3?二氧戊環、1,4?二氧六環和1,1?二甲氧基乙烷中的一種或多種，所述第二溶劑為乙二醇二甲醚和二甘醇二甲醚中的一種或多種，所述第三溶劑為二甲基硫醚類有機物中的一種或多種，所述第一溶劑與所述第二溶劑的體積比為0.5~2：1，所述第三溶劑占所述有機溶劑的體積分數為10~40%。二甲基醚類有機物被還原為甲基硫鋰，可以貢獻除正極活性物質以外的容量，這一獨特的工作原理使得由其制備的鋰硫電池表現出達到甚至遠遠超過其理論容量的特點。

Lithium sulfur battery electrolyte capable of increasing battery capacity and preparation method thereof

The invention relates to a method for improving lithium sulfur battery electrolyte and its preparation method of battery capacity, the electrolyte includes a lithium salt, organic solvent and additive, which is characterized in that the organic solvent comprises a first solvent, second solvent and the third solvent, the first solvent is one or more 1,3 two dioxolane, 1,4 two oxygen six ring and 1,1 two methoxy ethane, the second solvent is one or more of two ethylene glycol ether glycol ether in two and two, the third solvent is one or more of the two methyl sulfide compounds in the first volume, solvent and the second solvent ratio is 0.5~2:1, the volume fraction of the third solvent for the organic solvent for 10~40%. Two methyl ether compounds by reduction of methyl lithium sulfur, can contribute in addition to the cathode active material capacity, which is a unique principle of the lithium sulfur battery prepared showed characteristics reached even far more than its theoretical capacity by the system.

【技術實現步驟摘要】
一種提高電池容量的鋰硫電池電解液及其制備方法
本專利技術屬于電池電解液材料領域，涉及一種鋰硫電池電解液，具體涉及一種提高電池容量的鋰硫電池電解液及其制備方法。
技術介紹
自上世紀40年代第三次工業革命以來，人類社會的科技文明取得了突飛猛進的進步。尤其自20世紀90年代純電動及混合動力汽車迅速發展對于能源的需求不斷增加，隨之而來的是對自然資源的過度依賴而導致的能源問題、環境問題等。因此，不斷完善鋰硫電池技術已經迫在眉睫，對于緩解乃至解決危及全球的能源與環境問題具有重要的現實意義。鋰硫電池是以單質硫或含硫材料為電池正極，金屬鋰作為負極的一種鋰電池。根據單位質量的單質硫被完全還原為硫化鋰所能提供的電量可計算出鋰硫電池的放電理論容量為1675mAh/g，理論能量密度為2567Wh/Kg，與傳統的鋰離子電池相比，鋰硫電池具有極大的優點，有望代替常規鋰離子電池成為未來的高能量密度、長壽命的二次電池。但是鋰硫電池在實際應用中還存在諸多問題，如鋰硫電池在充放電過程中含硫材料會發生巨大的體積變化，這將破壞正極極片的整體結構，導致循環過程中正極材料從集流體上的粉化脫落。同時，循環中產生的多硫化物會產生“穿梭效應”，這種“穿梭效應”會引起比容量的急劇衰減以及低的庫倫效率，導致循環性能的下降。更重要的是硫本身幾乎不導電，使得常規的鋰硫電池遠遠不能達到其理論容量。電解液作為鋰硫電池四大主要組成部分之一，對于促進鋰離子的傳輸起著關鍵作用。但是盡管占到總的電解質質量的90%，傳統鋰硫電解液的有機溶劑僅僅維持鋰離子傳輸，而對于進一步提高鋰硫電池的容量沒有起到實質性作用。同時，在傳統電解液的鋰硫電池循環過程中，產生可溶解的多硫化物在正負極間的“穿梭”，所以未能很好的解決鋰硫電池長期循環差的基本問題。
技術實現思路
本專利技術目的是為了克服現有技術的不足而提供一種提高電池容量的鋰硫電池電解液。為達到上述目的，本專利技術采用的技術方案是：一種提高電池容量的鋰硫電池電解液，所述電解液包括有機溶劑、鋰鹽和添加劑，其特征在于：所述有機溶劑包括第一溶劑、第二溶劑和第三溶劑，所述第一溶劑為1,3-二氧戊環、1,4-二氧六環和1,1-二甲氧基乙烷中的一種或多種，所述第二溶劑為乙二醇二甲醚和二甘醇二甲醚中的一種或多種，所述第三溶劑為二甲基硫醚類有機物中的一種或多種，所述第一溶劑與所述第二溶劑的體積比為0.5~2：1，所述第三溶劑占所述有機溶劑的體積分數為10~40%。優化地，所述第一溶劑與所述第二溶劑的體積比為1：1。優化地，所述二甲基硫醚類有機物包括二甲基三硫醚、二甲基二硫醚和二甲基四硫醚。優化地，所述鋰鹽在所述電解液中的濃度為0.1~5mol/L。優化地，所述鋰鹽為雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰、高氯酸鋰、六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、全氟烷基磺酸鋰和全氟烷基磺酸酰甲基鋰中的一種。優化地，所述添加劑在所述電解液中的質量含量為0.1~5%。優化地，所述添加劑為無水硝酸鋰。本專利技術的又一目的在于提供一種上述提高電池容量的鋰硫電池電解液的制備方法，它包括以下步驟：（a）于氬氣保護下，在手套箱中分別量取所述第一溶劑和所述第二溶劑，使其按配方體積比例進行混合，隨后加入配方量的所述第三溶劑混合形成所述有機溶劑；（b）向所述有機溶劑中加入配方里的所述添加劑和所述鋰鹽，混合后即可。由于上述技術方案運用，本專利技術與現有技術相比具有下列優點：本專利技術提高電池容量的鋰硫電池電解液，通過采用特定的溶劑并與鋰鹽和添加劑進行配合，使得該電解液在電池放電過程中，二甲基醚類有機物被還原為甲基硫鋰，可以貢獻除正極活性物質以外的容量，這一獨特的工作原理使得由其制備的鋰硫電池表現出達到甚至遠遠超過其理論容量的特點。同時，使用該電解液制備的鋰硫電池充放電時不會產生多硫化物，大大改善了電池的長期循環性能。采用本專利技術制備的鋰硫電解液的方法制備簡單，性能優異，可有效提高鋰硫電池的容量，循環性能和倍率性能，具有良好的商業化前景。附圖說明圖1為實施例1中鋰硫電池電解液制備的鋰硫電池與對比例1中鋰硫電池電解液制備的鋰硫電池電化學測試對比圖；圖2為實施例2中鋰硫電池電解液制備的鋰硫電池與對比例1中鋰硫電池電解液制備的鋰硫電池電化學測試對比圖；圖3為實施例3中鋰硫電池電解液制備的鋰硫電池與對比例1中鋰硫電池電解液制備的鋰硫電池電化學測試對比圖；圖4為實施例4中鋰硫電池電解液制備的鋰硫電池與對比例1中鋰硫電池電解液制備的鋰硫電池電化學測試對比圖。具體實施方式本專利技術提高電池容量的鋰硫電池電解液，所述電解液包括有機溶劑、鋰鹽和添加劑，其特征在于：所述有機溶劑包括第一溶劑、第二溶劑和第三溶劑，所述第一溶劑為1,3-二氧戊環、1,4-二氧六環和1,1-二甲氧基乙烷中的一種或多種，所述第二溶劑為乙二醇二甲醚和二甘醇二甲醚中的一種或多種，所述第三溶劑為二甲基硫醚類有機物中的一種或多種，所述第一溶劑與所述第二溶劑的體積比為0.5~2：1，所述第三溶劑占所述有機溶劑的體積分數為10~40%。使得該電解液在電池放電過程中，二甲基醚類有機物被還原為甲基硫鋰，可以貢獻除正極活性物質以外的容量，這一獨特的工作原理使得由其制備的鋰硫電池表現出達到甚至遠遠超過其理論容量的特點。同時，使用該電解液制備的鋰硫電池充放電時不會產生多硫化物，大大改善了電池的長期循環性能。上述第一溶劑與第二溶劑的體積比優選為1：1。二甲基硫醚類有機物采用常規的那些，如可以包括二甲基三硫醚、二甲基二硫醚和二甲基四硫醚等。鋰鹽在電解液中的濃度為0.1~5mol/L；鋰鹽為常規的那些即可，如雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰、高氯酸鋰、六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、全氟烷基磺酸鋰和全氟烷基磺酸酰甲基鋰中的一種。添加劑在電解液中的質量含量為0.1~5%；添加劑通常為無水硝酸鋰，也可以采用現有常規的鋰硫電池電解液。上述提高電池容量的鋰硫電池電解液的制備方法，它包括以下步驟：（a）于氬氣保護下，在手套箱中分別量取所述第一溶劑和所述第二溶劑，使其按配方體積比例進行混合，隨后加入配方量的所述第三溶劑混合形成所述有機溶劑；（b）向所述有機溶劑中加入配方里的所述添加劑和所述鋰鹽，混合后即可。該制備的鋰硫電解液的方法制備簡單，性能優異，可有效提高鋰硫電池的容量，循環性能和倍率性能，具有良好的商業化前景。下面將結合附圖實施例對本專利技術進行進一步說明。實施例1本實施例提供一種提高電池容量的鋰硫電池電解液以及其配置方法，具體為：（a）在氬氣保護下，在手套箱中分別量取0.9mL的1,3-二氧戊環（DOL，第一溶劑）與0.9mL的乙二醇二甲醚（DME，第二溶劑）并混合，隨后加入0.2mL的二甲基三硫醚（DMTS，第三溶劑），混合均勻；（b）再向上述溶劑中加入22.3mg的無水硝酸鋰添加劑（LiNO3）和558mg的雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰（LiTFSI）；充分混合均勻后，即得到所述鋰硫電解液；該電解液中，LiTFSI的物質的量濃度為1.0M，LiNO3的質量百分比為1wt%，DMTS在混合溶劑的體積比（也約在總電解液的體積比）為10vol%。實施例2本實施例提供一種提高電池容量的鋰硫電池電解液以及其配置方法，具體為：（a）在氬氣保護下，在手套箱中分別量取0.8mL的1,3-二氧戊環（DOL）與0.8mL的乙二醇二甲醚（DME）并混合，隨后本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種提高電池容量的鋰硫電池電解液，所述電解液包括有機溶劑、鋰鹽和添加劑，其特征在于：所述有機溶劑包括第一溶劑、第二溶劑和第三溶劑，所述第一溶劑為1,3?二氧戊環、1,4?二氧六環和1,1?二甲氧基乙烷中的一種或多種，所述第二溶劑為乙二醇二甲醚和二甘醇二甲醚中的一種或多種，所述第三溶劑為二甲基硫醚類有機物中的一種或多種，所述第一溶劑與所述第二溶劑的體積比為0.5~2：1，所述第三溶劑占所述有機溶劑的體積分數為10~40%。

【技術特征摘要】
1.一種提高電池容量的鋰硫電池電解液，所述電解液包括有機溶劑、鋰鹽和添加劑，其特征在于：所述有機溶劑包括第一溶劑、第二溶劑和第三溶劑，所述第一溶劑為1,3-二氧戊環、1,4-二氧六環和1,1-二甲氧基乙烷中的一種或多種，所述第二溶劑為乙二醇二甲醚和二甘醇二甲醚中的一種或多種，所述第三溶劑為二甲基硫醚類有機物中的一種或多種，所述第一溶劑與所述第二溶劑的體積比為0.5~2：1，所述第三溶劑占所述有機溶劑的體積分數為10~40%。2.根據權利要求1所述提高電池容量的鋰硫電池電解液，其特征在于：所述第一溶劑與所述第二溶劑的體積比為1：1。3.根據權利要求1所述提高電池容量的鋰硫電池電解液，其特征在于：所述二甲基硫醚類有機物包括二甲基三硫醚、二甲基二硫醚和二甲基四硫醚。4.根據權利要求1所述提高電池容量的鋰硫電池電解液，其特征在于：所...

【專利技術屬性】
技術研發人員：晏成林，劉杰，錢濤，
申請(專利權)人：蘇州大學，
類型：發明
國別省市：江蘇,32