本发明涉及锂硫电池,特别是涉及一种功能添加剂、电解液及锂硫电池。
背景技术:
1、锂硫电池作为一种新型的电池技术,具有能量密度高、安全性高、材料资源丰富、环境友好等优势。锂硫电池结构为以锂金属或含锂合金(锂硅,锂锡合金等)作为负极材料,硫单质或含硫化物作为正极材料,采用含醚类溶剂作为电解质。然而,锂硫电池技术还存在一些难点问题,至今无法商业化应用:
2、1.锂硫电池容量急速衰减:锂硫电池在循环过程中会出现容量衰减的问题,这主要是由于硫化物正极材料充放电过程中的体积变化引起的极片活性物质脱落以及活性多硫化锂的穿梭效应,这会导致锂硫电池的循环寿命变短;
3、2.放电产物电导率低:放电产物硫化锂的电导率较低,以及不一溶解在醚类溶剂,在活性硫正极与电解质之间形成绝缘的硫化锂层,导致锂离子在正极和负极之间的传输阻力增大,影响了电池的充放电效率和循环寿命;
4、3.安全性问题:锂硫电池具有高能量密度,且使用锂金属作为负极,一旦发生过充、过放、短路等故障,有可能引发火灾、爆炸等安全问题。
技术实现思路
1、本发明的目的是克服现有技术中的不足之处,提供一种功能添加剂、电解液及锂硫电池。
2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
3、一种功能添加剂,所述功能添加剂的结构通式如下所示:
4、;
5、其中,所述r1为含苯基团,与n原子直接相连接的基团为非氢基团。
6、进一步的,所述r2、r3独立选自卤素原子、c1-c10的含硫基团、c1-c10的含氮基团或c1-c10的含苯基团,r2和r3彼此间相同或不同。
7、其中,所述卤素原子为包括f、cl、br等中的至少一种;所述含硫基团中含有硫基、巯基、磺酸基、硫酸基、亚硫酸基、硫代硫酸基等中的至少一种。
8、进一步的,所述功能添加剂中s原子直接与r1基团中的苯环连接。
9、进一步的,所述r1为苯基、苄基、卤代苯基、含卤苄基中的至少一种。
10、进一步的,所述功能性添加剂为n-苄基-n-亚硝基-p-甲苯磺酰胺、n-[二(甲基硫代)甲基]-甲苯磺酰胺、n-苯亚甲基苯磺酰胺,n,n-双[2-(对甲苯磺酰氧基)乙基]对甲苯磺酰胺、n,n-二氯对甲苯磺酰胺中的至少一种。
11、本发明还提供一种电解液,所述电解液包括锂盐、溶剂及上述功能性添加剂的。
12、其中,所述功能添加剂的添加量为电解液质量的0.05~10wt%。
13、其中,所述锂盐为包括liclo4、litfsi、lifsi、lialcl4、libf4、lipf6、libob、lix、lino3等中至少一种;其中,x为f、cl、br或i;
14、本发明还提供一种锂硫电池,其特征在于,所述锂硫电池包括正极材料、负极材料及上述电解液。
15、与现有技术相比,本发明至少具有以下优点:
16、本发明提供的功能性添加剂主要用于锂硫电池电解液中,该功能性添加剂一方面可以通过磺酰胺基团与放电产物硫化锂的结合,提升硫化锂在锂硫电池电解液中的溶解度,在正极表面暴露更多新鲜的硫活性位点,提升电池的循环稳定性和库伦效率;另一方面,通过功能性添加剂中特定的官能团能提升锂负极的稳定性,提升电池安全性,因此使用本发明提供的功能性添加剂能够利于提升锂硫电池的综合性能,推动锂硫电池技术的进一步发展和商业化应用。
1.一种功能添加剂,其特征在于,所述功能添加剂的结构通式如下所示:
2.根据权利要求1所述的功能添加剂,其特征在于,所述r2、r3独立选自卤素原子、c1-c10的含硫基团、c1-c10的含氮基团或c1-c10的含苯基团,r2和r3彼此间相同或不同。
3.根据权利要求1所述的功能添加剂,其特征在于,所述功能添加剂中s原子直接与r1基团中的苯环连接。
4.根据权利要求3所述的功能添加剂,其特征在于,所述r1为苯基、苄基、卤代苯基、含卤苄基中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的功能添加剂,其特征在于,所述功能性添加剂为n-苄基-n-亚硝基-p-甲苯磺酰胺、n-[二(甲基硫代)甲基]-甲苯磺酰胺、n-苯亚甲基苯磺酰胺,n,n-双[2-(对甲苯磺酰氧基)乙基]对甲苯磺酰胺、n,n-二氯对甲苯磺酰胺中的至少一种。
6.一种电解液,其特征在于,包含权利要求1~5任一项所述的功能添加剂。
7.根据权利要求6所述的电解液,其特征在于,所述功能添加剂的添加量为电解液质量的0.05~10wt%。
8.一种锂硫电池,其特征在于,所述锂硫电池包括正极材料、负极材料及权利要求6或7任一项所述的电解液。