件的量，优选以100~500 yL/cm2所述至少一个隔板元件的量，或者优选在全电池 (Vollzellen)中以5~50 y L/cm2所述至少一个隔板元件的量来浸渍。
[0041] 优选地，根据本发明的阳极（优选高能阳极）为硅阳极。可替代的是，优选由石墨 和金属或金属合金制成的复合阳极作为根据本发明的阳极（优选高能阳极），其中所述金 属选自包括硅、锡、锑、镁、铝、及其任选的混合物的组。所述阳极（优选高能阳极）优选为 娃-碳-复合阳极。
[0042] 对于这种阳极来说，硅优选与碳结合作为用于嵌入锂的多孔结构。通过使用硅阳 极和/或硅碳阳极代替金属例额外地改善了循环稳定性。在硅阳极和/或硅碳阳极上形成 了特别稳定的SEI，其防止从阴极迀移或扩散至阳极的多硫化物在阳极上被进一步还原成 不溶性的多硫化物。此外，防止所谓的多硫化物穿梭（Polysulfidshuttle)引起锂硫电池 (特别是原电池）的高的自放电。术语"多硫化物穿梭"是指多硫化物在阴极和阳极之间的 移动，其推动电池的放电和充电。
[0043] 此外，有利的是，所述硅阳极和硅碳复合阳极具有高理论容量。
[0044] 优选地，所述硅碳复合阳极具有5~50重量％，优选10~30重量％，优选20重 量％的硅纳米颗粒，45~75重量％，优选50~70重量％，优选60重量％的石墨，5~15 重量％，优选12重量％的导电性炭黑和5~15重量％，优选8重量％的粘结剂。
[0045] 所述粘结剂优选包含至少一种选自包括聚丙烯酸、钠纤维素、藻酸钠和SBR(，， Styrene-Butadien_Rubber"）（苯乙稀-丁二稀-橡胶）-乳胶的组的组分。所述粘合剂优 选为聚丙烯酸系粘合剂。
[0046] 优选地，至少一种含硫化物的阴极具有作为活性物质的硫。术语"活性物质"是指 在放电循环的过程中减少被还原（减少）的物质。因此，在放电的过程中硫被转化为多硫 化物，例如1^ 238、1^236、1^23 4、1^232和1^23。所述至少一种含硫化物的阴极优选具有用于存 储至少一种硫化物（优选硫）的多孔碳。
[0047] 根据本发明，提供硝酸锂与至少一种加入的多硫化物结合优选在根据本发明的或 根据本发明优选的电解质组合物中用于提高锂硫电池的环稳定性（也被称为循环耐受性） 的用途，其中所述锂硫电池具有阳极和至少一个含硫化物的阴极。优选根据本发明或根据 本发明优选的实施方式来形成所述锂硫电池。
[0048] 优选提供一种用途，其中额外使用碳酸亚乙烯酯和/或氟代碳酸乙烯酯以进一步 提高锂硫电池的循环耐受性。
[0049] 本发明优选的实施方式由从属权利要求给出。
【附图说明】
[0050] 通过以下实施例对本发明进行进一步说明。
[0051] 实施例示出了 ：
[0052] 图1示出了锂硫电池的示意性结构，以及
[0053] 图2示出了根据本发明的锂硫电池和现有技术已知的锂硫电池的循环稳定性。
【具体实施方式】
[0054] 图1示出了锂硫电池的原电池的示意性结构。该原电池1具有阳极3、阴极5和电 解质组合物7。阳极3可形成为金属的锂阳极、硅阳极或硅碳复合阳极。阳极5具有作为结构 元件的多孔碳9,其中作为活性物质的硫11被存储在所述多孔碳中。此外，图1示出了锂硫 电池中的原电池放电过程中的化学和物理过程。在放电的过程中，硫分子11被还原成多硫 化物13,并且嵌入阳极3或作为金属棒存在的锂被氧化成锂离子，从而形成硫化锂和/或多 硫化锂。在阴极首先产生长链的多硫化物13,其在阳极3被进一步还原成短链的硫化锂15， 例如Li 2S和Li2S2。所述多硫化物从阴极5移动，优选被扩散推动（diffusionsgetrieben) 至阳极3,而锂离子则从阳极3至阴极5。如果锂硫电池（未示出）被重新充电，那么所述 化学过程逆转，从而硫化物和/或多硫化物被氧化成硫，并且锂离子被还原成锂（0价）。在 多次重复放电-充电-循环之后，出现所谓的多硫化物穿梭17。所述多硫化物穿梭是指多 硫化物在阴极5和阳极3之间的移动，其推动锂硫电池的放电和充电。
[0055] 图2示出了在进行X个充电-放电-循环的过程中，含现有技术已知的电解质组 合物的锂硫电池的比容量K([mAh/ gst])(曲线21)和含根据本发明的电解质的组合物的锂 硫电池的比容量K ([mAh/gg ])(曲线23)。两种电解质组合物均包括由二恶烷和二甲氧基 乙烷以1:1的比例形成的溶剂混合物和1.5M的锂双（三氟甲基磺酰）亚胺。本发明的电 解质组合物额外包括5%的加入的多硫化物（Li 2Sx，x = 2至8)和4. 5重量％的硝酸锂（分 别基于锂双（三氟甲基磺酰）亚胺的总重量）。对于现有技术已知的电解质组合物来说，在 前10个循环X内比容量K就从开始的llOOmAh/gg降为400mAh/ gst。其比容量从第10个 循环起在40个循环内再次降低一半以上。对于本发明的电解质组合物来说，锂硫电池的比 容量仍然保持为ll〇〇mAh/ gs^^几乎恒定的值。因此，出人意料的是，向电解质组合物添加 多硫化物并结合添加硝酸锂导致了循环稳定性的显著增高。根据本发明，多硫化物的添加 和硝酸锂的添加起协同作用。
【主权项】
1. 用于锂硫电池的电解质组合物，其中所述锂硫电池具有至少一个阳极和至少一个含 硫化物的阴极，所述电解质组合物包括至少一种锂盐、至少一种非水性溶剂和至少一种加 入的多硫化物，其特征在于，一种锂盐为硝酸锂。
2. 如权利要求1所述的电解质组合物，其特征在于，所述电解质组合物额外包括碳酸 亚乙烯酯和/或氟代碳酸乙烯酯作为添加剂。
3. 如上述权利要求中任一项所述的电解质组合物，其特征在于，所述至少一种加入的 多硫化物选自具有化学结构Li2Sx的多硫化物，其中X为2至8的值。
4. 如上述权利要求中任一项所述的电解质组合物，其特征在于，硝酸锂以0. 5~10重 量％的量存在（基于第二锂盐的总重量）。
5. 如上述权利要求中任一项所述的电解质组合物，其特征在于，至少一种加入的多硫 化物以0. 5~50重量％的量存在（基于第二锂盐的总重量）。
6. 锂硫电池，其具有至少一个阳极、至少一个含硫化物的阴极和权利要求1~5中任一 项所述的电解质组合物。
7. 如权利要求6所述的锂硫电池，其特征在于，所述阳极为硅阳极和/或硅碳复合阳 极。
8. 利用硝酸锂并结合至少一种加入的多硫化物用于提高锂硫电池的循环稳定性的用 途，其中所述锂硫电池具有至少一个阳极和至少一个含硫化物的阴极。
【专利摘要】本发明涉及一种用于锂硫电池的电解质组合物，其中所述锂硫电池具有至少一个阳极和至少一个含硫化物的阴极，所述电解质组合物包括至少一种锂盐、至少一种非水性溶剂和至少一种加入的多硫化物，按照本发明，一种锂盐为硝酸锂。本发明还涉及一种具有所述电解质组合物的锂硫电池以及一种利用硝酸锂并结合至少一种多硫化物用于提高锂硫电池的循环稳定性的用途。
【IPC分类】H01M10-056
【公开号】CN104835982
【申请号】CN201510063686
【发明人】O.格罗杰
【申请人】大众汽车有限公司
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年2月6日
【公告号】DE102014202180A1