一种电解液及锂硫电池的制作方法

本发明属于电池材料，具体涉及一种电解液及锂硫电池。

背景技术：

1、随着户外智能电子设备（比如无人机）的广泛应用，对高能量密度、低成本、高低温的可充电电池提出了更为严格的要求。锂-硫(li-s)电池由于其电极的高比容量而被作为最有前途的高能量密度替代品之一。然而，在充放电过程中，复杂的li−s化学涉及到锂多硫化物中间体(lipss)的形成，导致充放电过程中的穿梭效应。

2、对硫电极而言，碳酸酯类是常见的一种电解液类型，且市场上常规电解液大多为碳酸酯类电解液，成本相对较低，但是碳酸酯类电解液与金属锂相容性较差，与锂反应生成烷基碳酸锂类(roco2li)有机sei膜，该sei膜无法承受锂反复沉积的体积膨胀，因而会不断增厚进而导致锂负极迅速失效。在电池充放电的过程中，lipsx(li2sx,x=4~8)极易溶于醚电解质，从正极分离后到负极，化学还原为lipsx(li2sx,x=3)，随后又返回正极被氧化为x=4~8的lipss；由于化学势和浓度的差异，这种lipss在两个电极之间穿梭，导致了几个缺点:硫利用率低、电子/离子转移较为困难、库仑效率低、腐蚀严重。

技术实现思路

1、本发明提供一种电解液及锂硫电池，旨在通过高盐浓度的共离子效应和高c/o比溶剂、低极性溶剂等的协同作用，抑制lipss在电解液中的溶解，提高锂金属在高温环境下的安全性，解决现有锂离子电池中的电解液腐蚀现象严重、库伦效率低的问题。

2、一方面，本发明提供一种电解液，包括第一锂盐、第二锂盐、第一溶剂、第二溶剂和添加剂；

3、其中，所述第一锂盐和所述第二锂盐各自为不同的物质；

4、所述第一溶剂为醚类化合物，所述醚类化合物的c/o摩尔比≥4；

5、所述第二溶剂的偶极矩为≤6.2；

6、所述添加剂包括苯硫醇类化合物和硝酸盐，所述苯硫醇类化合物和硝酸盐的摩尔比为1：0.1~30。

7、在一些实施例中，所述第一锂盐、第二锂盐、第一溶剂和第二溶剂的摩尔比为1：1~10：0.5~20：0.5~20。

8、在一些实施例中，所述第一锂盐和第二锂盐包括双氟磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双三氟甲磺酰亚胺锂和六氟磷酸锂中的任意两种。

9、在一些实施例中，所述第一溶剂包括异丙醚、异丁醚、丁醚、乙丁醚、戊醚、正己醚、庚醚、二辛醚、叔丁醚、甲丁醚、仲丁醚、乙二醇二丁醚、异戊醚和异丁基叔丁基醚中的一种或几种。

10、在一些实施例中，所述第二溶剂包括四氢呋喃、四氢吡喃、2-甲基四氢呋喃、呋喃、2-(四氢呋喃-3-基)乙腈、四氢吡喃酮、3-酮吡喃、四氢吡喃-2-醇、4-醛基四氢吡喃、四氢吡喃-3-甲腈、四氢吡喃-4,4-二腈、2h-苯并吡喃-3-甲腈、(四氢吡喃-4-亚基)乙腈、2h-吡喃-3(6h)-酮和2-四氢吡喃-3-亚基乙腈中的一种或几种。

11、在一些实施例中，所述电解液还包括酯类共溶剂。

12、在一些实施例中，所述酯类共溶剂和所述第一锂盐的摩尔比为0.25~10:1。

13、在一些实施例中，所述酯类共溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、亚硫酸乙烯酯、双氟碳酸乙烯酯和氟代碳酸乙烯酯中的一种或几种。

14、在一些实施例中，所述电解液还包括含氟化合物。

15、在一些实施例中，所述含氟化合物和所述第一锂盐的摩尔比为1.5~30:1。

16、在一些实施例中，所述含氟化合物包括多氟、氟替尔、地氟醚、七氟醚、全氟环醚、三氟乙腈醚、六氟异丙基甲醚、甲基九氟丁醚、全氟丙基乙烯基醚和二十氟-15-冠-5-醚中的一种或几种。

17、在一些实施例中，所述添加剂在所述电解液中的质量百分比为0.05%~15%。

18、在一些实施例中，所述苯硫醇类化合物包括苯硫醇、五氟苯硫醇、3-氨基苯硫醇、4-硝基苯硫醇、3-乙基苯硫醇、2-异丙基苯硫醇、4-甲硫基苯硫醇、2,6-二氟苯硫醇、2-三氟甲基苯硫醇、5-氟-2-甲基苯硫醇、4-(4-氟-苯氧基)-苯硫醇、1,4-苯基二硫醇、1,4-苯二甲硫醇和1,2-苯二硫醇中的一种或几种。

19、在一些实施例中，所述硝酸盐包括硝酸钾、硝酸铯、硝酸镍、硝酸锌、硝酸锰、硝酸铟、硝酸铷、硝酸铯、硝酸镁、硝酸铬、硝酸铜、硝酸锂和硝酸钴中的一种或几种。

20、另一方面，本发明还提供一种锂硫电池，包括正极片、负极片和电解液，所述电解液为上述任意实施例中的电解液。

21、本发明提供一种电解液，包括第一锂盐、第二锂盐、第一溶剂、第二溶剂和添加剂；其中，第一锂盐和第二锂盐各自为不同的物质；第一溶剂为醚类化合物，醚类化合物的c/o摩尔比值≥2；第二溶剂的偶极矩≤6.2；添加剂包括苯硫醇类化合物和硝酸盐，苯硫醇类化合物和硝酸盐的摩尔比为1：0.1~30。本发明提供的电解液将两种不同的锂盐与高c/o摩尔比的醚溶剂、低极性溶剂等组分进行结合，一方面，极性较低的溶剂与锂离子的配位作用较弱，结合电解液中的双锂盐形成高浓度的共离子效应，能够有效抑制lipss在电解液中的溶解和自放电效应；另一方面，lipss在c/o摩尔比较高的醚类溶剂中溶解度较低，能够进一步有效抑制lipss的溶解，进而缓解锂离子电池中的电解液腐蚀现象，提高了锂金属在高温环境下的安全性。另外，硫电极中的s会在电解液中转化为li2sx(4≤x≤8)，电解液中的苯硫醇不仅可以和s结合形成低聚物，还可以与li+、e-结合生成li2-苯硫醇和li2s；充电过程开始时，不溶性li2s转化为li2sx(2≤x＜4)，随着硫原子的增加，li2sx(4≤x≤8)开始溶解到电解液中，与低聚物中的苯硫酸盐自由基结合生成li+和e−，然后两个苯二硫酯自由基结合成一个四硫二聚体，可以与2~4个s原子形成共价s-s键，变为低聚物；在放电过程中，低聚物被锂化，随着s-s键的形成和断裂，硫发生可逆的化学反应，可以抑制多硫化物溶解于电解液中；硫自由基有更多的自由和位置形成s-s键，s-s相对于单质s更为稳定。本发明的电解液通过第一锂盐、第二锂盐、第一溶剂、第二溶剂和添加剂的协调配合，有利于提高电解液的综合性能，进而提高电池的综合性能。

技术特征：

1.一种电解液，其特征在于，包括第一锂盐、第二锂盐、第一溶剂、第二溶剂和添加剂；

2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述第一锂盐、第二锂盐、第一溶剂和第二溶剂的摩尔比为1：1~10：0.5~20：0.5~20。

3.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述第一锂盐和第二锂盐包括双氟磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双三氟甲磺酰亚胺锂和六氟磷酸锂中的任意两种；和/或，

4.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述电解液还包括酯类共溶剂。

5.根据权利要求4所述的电解液，其特征在于，所述酯类共溶剂和所述第一锂盐的摩尔比为0.25~10:1；和/或，

6.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述电解液还包括含氟化合物。

7.根据权利要求6所述的电解液，其特征在于，所述含氟化合物和所述第一锂盐的摩尔比为1.5~30:1；和/或，

8.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述添加剂在所述电解液中的质量百分比为0.05%~15%。

9.根据权利要求8所述的电解液，其特征在于，所述苯硫醇类化合物包括苯硫醇、五氟苯硫醇、3-氨基苯硫醇、4-硝基苯硫醇、3-乙基苯硫醇、2-异丙基苯硫醇、4-甲硫基苯硫醇、2,6-二氟苯硫醇、2-三氟甲基苯硫醇、5-氟-2-甲基苯硫醇、4-(4-氟-苯氧基)-苯硫醇、1,4-苯基二硫醇、1,4-苯二甲硫醇和1,2-苯二硫醇中的一种或几种；和/或，

10.一种锂硫电池，其特征在于，包括正极片、负极片和电解液，所述电解液为权利要求1~9中任意一项所述的电解液。

技术总结本发明属于电池材料技术领域，具体涉及一种电解液及锂硫电池。电解液包括第一锂盐、第二锂盐、第一溶剂、第二溶剂和添加剂；其中，第一锂盐和第二锂盐各自为不同的物质；第一溶剂为醚类化合物，醚类化合物的C/O摩尔比值≥4；第二溶剂的偶极矩≤6.2；所述添加剂包括苯硫醇类化合物和硝酸盐。一方面，极性较低的溶剂与锂离子的配位作用较弱，结合电解液中的双锂盐形成高浓度的共离子效应，能够有效抑制LiPSs在电解液中的溶解和自放电效应；另一方面，LiPSs在C/O摩尔比较高的醚类溶剂中溶解度较低，能够进一步有效抑制LiPSs的溶解，进而缓解锂离子电池中的电解液腐蚀现象，提高了锂金属在高温环境下的安全性。技术研发人员：朱甜,马艳梅,王娇娇,马勇,胡波剑,李云明,苗力孝受保护的技术使用者：蜂巢能源科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/25