一种电解液及制备方法与使用该电解液的二次锂硫电池与流程

文档序号:14942236发布日期:2018-07-13 21:15阅读:273来源:国知局

本发明涉及锂电池技术领域,具体是一种电解液及制备方法与使用该电解液的二次锂硫电池。



背景技术:

近年来,锂离子电池锂离子电池以其具有质量能量密度高和体积能量密度高等优势在移动电子设备及电动汽车领域得到了广泛的应用。然而,随着电动汽车的迅速发展,对锂离子电池的性能要求也逐步提高。锂硫二次电池能量密度高,采用硫单质或含硫物质作为正极活性物质的锂硫电池,理论比能量为2600wh·kg-1。另外,锂硫电池还具有硫资源丰富、价格低廉、环保无污染等优点,是一种非常具有应用前景的电池。

锂硫电池的电解液现在大多采用醚类有机溶剂,如1,3-二氧戊烷与乙二醇二甲醚,在醚类电解液中,锂硫电池放电过程中产生的高价态聚硫离子易溶于电解液,高价态聚硫离子扩散至锂负极发生副反应生成不可逆的硫化锂是制约锂硫电池循环性能的重要原因。目前针对上述的问题的解决方法主要是设计正极材料的结构来改善性能,以及采用硝酸锂作为电解液负极添加剂,其效果明显但是还不够理想。正极成膜添加剂对于改善锂硫电池性能具有重要的作用,目前对于正极成膜添加剂的研究较少。



技术实现要素:

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷,提供一种电解液及制备方法与使用该电解液的二次锂硫电池,本发明电解液中添加剂可参与正极材料固体电解质相界面(sei膜)的形成,增强sei膜的导电性;吸附自由f-,从而减少由于痕量水而形成的hf,减少了hf对电极材料的腐蚀。提高锂硫电池的循环稳定性和容量保持率。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现:

一种二次锂硫电池功能电解液,该电解液包含锂盐、有机溶剂及功能添加剂,所述锂盐在电解液中的浓度为0.5~5mol/l,所述功能添加剂在电解液中的质量百分比为0.1~3%。

进一步方案,所述功能添加剂为三氟五苯基甲硼烷,结构式为:

功能性添加剂在电解液中的质量百分比优选0.5~1%。

进一步方案,所述的锂盐为lipf6、libf4、libob、libc2o4f2、liclo4、licf3so3、lin(fso2)2、lin(cf3so2)2中的一种或几种。

进一步方案,所述的有机溶剂选自碳酸酯类有机溶剂或醚类有机溶剂中的一种或两种。

进一步方案,所述的碳酸酯类有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、乙基甲基碳酸酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯中的一种或几种。

进一步方案,所述的醚类有机溶剂为二氧五环、二氧六环、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚或二乙二醇二乙醚中的一种或几种。

本发明的另一个目的在于提供一种电解液的制备方法,其特征在于,向有机溶剂中加入锂盐,搅拌均匀后配制成电解液,随后向电解液中加入功能添加剂,继续搅拌至混合均匀,即制备得到二次锂硫电池功能电解液。

本发明还有一个目的是提供一种二次锂硫电池,包含上述电解液,其使用的正极材料为单质硫、多硫化锂、硫基复合材料、有机硫化物或硫碳聚合物等。

本发明的有益效果:本发明电解液以三氟五苯基甲硼烷作为功能添加剂,可参与固体电解质相界面(sei膜)的形成,可溶解lif,增强sei膜的导电性;三氟五苯基甲硼烷有利于促进lipf6的解离反应,吸附自由f-,从而减少由于痕量水而形成的hf,减少了hf对电极材料的腐蚀。有效抑制循环过程中正极材料的容量衰减,提高锂硫电池的循环稳定性和容量保持率。

附图说明

图1为由空白电解液和实施例3中功能添加剂为0.5%的电解液组装锂硫电池的常温循环性能。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

在手套箱中按体积比1:1均匀混合1,3-二氧戊烷与乙二醇二甲醚,向该混合溶剂中加入双三氟甲烷磺酰亚胺锂,搅拌均匀,制成浓度为1mol/l的电解液,加入1wt%硝酸锂。向该电解液中加入功能添加剂三氟五苯基甲硼烷,得功能电解液,所述功能添加剂占电解液总重的质量百分比含量分别为0.1%,0.5%,1%,2%,3%。

实施例2

在手套箱中按体积比1:1:1均匀混合氟代碳酸乙烯酯,碳酸丙烯酯与乙二醇二乙醚,向该混合溶剂中加入摩尔比为1:1的lin(fso2)2和lin(cf3so2)2,搅拌均匀,制成浓度为0.5mol/l的电解液。向该电解液中加入功能添加剂三氟五苯基甲硼烷,得功能电解液,所述功能添加剂占电解液总重的质量百分比含量分别为0.1%,0.5%,1%,2%,3%。

实施例3

在手套箱中按体积比1:1均匀混合碳酸乙烯酯与乙基甲基碳酸酯,向该混合溶剂中加入libc2o4f2,搅拌均匀,制成浓度为5mol/l的电解液。向该电解液中加入功能添加剂三氟五苯基甲硼烷,得功能电解液,所述功能添加剂占电解液总重的质量百分比含量分别为0.1%,0.5%,1%,2%,3%。

实施例4

组装成电池进行电化学性能测试

正极材料的制备:用热熔融法制备硫碳复合材料,将硫粉和多孔碳按质量4:1放置于球磨罐中,球磨12小时混匀,转移到刚玉舟中,在充满氮气氛围的管式炉中155℃保温24小时,得到硫碳复合材料(s/c),将s/c:导电碳:pvdf按质量比为8:1:1制备浆料,涂覆在铝箔上,烘干后制备成极片。

电池的组装及测试:用celgard2400为隔膜,锂金属为负极,电解液为实施例3中功能添加剂为0.5%的电解液及空白电解液,硫碳正极组装成2016扣式电池,在1.0~3.0v之间进行充放电测试,用chi604d电化学工作站测试电池在开路电压下的交流阻抗。

扣式电池的常温循环如图1所示,加入0.5%的功能添加剂之后,循环稳定性明显提高,容量保持率较高。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对实施案例做出各种修改,并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此,本发明不限于这里的实施案例,本领域技术人员根据本发明的揭示,不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。



技术特征:

技术总结
本发明公开一种电解液及制备方法与使用该电解液的二次锂硫电池,该电解液包含锂盐、有机溶剂及功能添加剂,锂盐在电解液中的浓度为0.5~5mol/L,功能添加剂在电解液中的质量百分比为0.1~3%。向有机溶剂中加入锂盐,搅拌均匀后配制成电解液,向电解液中加入功能添加剂,继续搅拌至混合均匀,即得到二次锂硫电池功能电解液。本发明电解液以三氟五苯基甲硼烷作为功能添加剂,可参与固体电解质相界面(SEI膜)的形成,可溶解LiF,增强SEI膜的导电性;三氟五苯基甲硼烷有利于促进LiPF6的解离反应,吸附自由F‑,从而减少由于痕量水而形成的HF,减少了HF对电极材料的腐蚀;有效抑制循环过程中正极材料的容量衰减,提高锂硫电池的循环稳定性和容量保持率。

技术研发人员:李格
受保护的技术使用者:合肥国轩高科动力能源有限公司
技术研发日:2018.01.19
技术公布日:2018.07.13
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