一种含负极保护溶剂的锂硫电池电解液.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113871719A(43)申请公布日2021.12.31(21)申请号202111118578.3(22)申请日2021.09.24(71)申请人清华大学地址100084北京市海淀区清华园(72)发明人张强侯立鹏张学强(74)专利代理机构北京众合诚成知识产权代理有限公司11246代理人张文宝(51)Int.Cl.H01M10/0569(2010.01)H01M10/052(2010.01)H01M10/42(2006.01)权利要求书1页说明书8页附图7页(54)发明名称一种含负极保护溶剂的锂硫电池电解液(57)摘要本发明公开了属于可充放的高比能二次电池技术领域的一种含负极保护溶剂的锂硫电池电解液。所述的电解液含有负极保护溶剂、第二溶剂、锂盐和添加剂，负极保护溶剂为R1‑S‑R2化学结构式的单硫醚类化合物中的一种或一种以上。本发明单硫醚溶剂能够抑制正极活性物质多硫化物的溶出，降低多硫化物的溶解度；并且单硫醚溶剂对金属锂负极稳定性极高，能进一步降低溶解的多硫化物对金属锂的腐蚀，从而提升金属锂负极的稳定性，延长锂硫电池的循环寿命。CN113871719ACN113871719A权利要求书1/1页1.一种含负极保护溶剂的锂硫电池电解液，其特征在于，所述的电解液含有负极保护溶剂、第二溶剂、锂盐和添加剂，负极保护溶剂为R1‑S‑R2化学结构式的单硫醚类化合物中的一种或一种以上。2.根据权利要求1所述一种含负极保护溶剂的锂硫电池电解液，其特征在于，所述的含R1‑S‑R2化学结构式的单硫醚类化合物中S键类型为C1‑S‑C2。3.根据权利要求2所述一种含负极保护溶剂的锂硫电池电解液，其特征在于，R1、R2相同或不同；R1和R2为C2～C8饱和烃基或C6～C8部分不饱和环状官能团，R1和R2均为化学稳定的官能团。4.根据权利要求3所述一种含负极保护溶剂的锂硫电池电解液，其特征在于，所述的C6～C8部分不饱和环状官能团包括苯基或取代苯基。5.根据权利要求1所述一种含负极保护溶剂的锂硫电池电解液，其特征在于，所述的第二溶剂选自乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、1,3‑二氧戊环、1,4‑二氧六环中的一种或一种以上。6.根据权利要求1所述一种含负极保护溶剂的锂硫电池电解液，其特征在于，所述的负极保护溶剂体积占负极保护溶剂和第二溶剂总体积的10％～50％。7.根据权利要求1所述一种含负极保护溶剂的锂硫电池电解液，其特征在于，所述的锂盐选自双(氟磺酰)亚胺锂、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂、双(五氟乙基磺酰)亚胺锂、三氟甲基磺酸锂中的一种或一种以上。8.根据权利要求1所述一种含负极保护溶剂的锂硫电池电解液，其特征在于，所述的锂盐在锂硫电池电解液中的浓度为0.1～4mol/L。9.根据权利要求1所述一种含负极保护溶剂的锂硫电池电解液，其特征在于，所述的添加剂为硝酸锂，添加剂在锂硫电池电解液中的质量分数为1％～5％。10.根据权利要求1–9任一项所述含负极保护溶剂的锂硫电池电解液在锂硫电池中的应用。2CN113871719A说明书1/8页一种含负极保护溶剂的锂硫电池电解液技术领域[0001]本发明属于可充放的高比能二次电池技术领域，尤其涉及一种含负极保护溶剂的锂硫电池电解液。背景技术[0002]构建清洁低碳、安全高效的能源体系是解决碳排放造成的全球气候变化问题，实现我国碳达峰、碳中和目标的有力举措。开发可充放的高比能二次电池对于提升能源存储与转化效率，降低碳排放具有积极意义。锂硫电池由于采用高理论比容量的金属锂为负极(3860mAh/g)和硫为正极(1672mAh/g)，具有极高的理论能量密度(2600Wh/kg)，是极具潜力的下一代二次电池体系。此外，硫单质具有储量丰富、环境友好和价格低廉的优势，是实现低碳排放的极佳电池材料体系。[0003]然而，锂硫电池的实用化进程面临着巨大的挑战。锂硫电池的硫正极在循环过程中基于转化机制，而非传统锂离子电池的插层机制。在充放电过程中，正极的硫单质会生成可溶解的多硫化物，多硫化物会扩散到负极，腐蚀金属锂负极。一方面，多硫化物和金属锂的副反应会造成活性物质的损失，降低电池的能量密度和能量效率；另一方面，多硫化物对金属锂的腐蚀会导致负极的快速消耗，使得电池寿命大幅衰减。因此，降低多硫化物对金属锂腐蚀，对于提升金属锂负极稳定性，延长锂硫电池寿命具有重要意义。[0004]目前，对于锂硫电池的研究主要集中在正极领域，通过采用导电碳骨架设计、引入催化剂等手段来减少多硫化物的溶出，提升正极转化动力学。但是，这些设计手段大多涉及复杂的电极结构设计，成本较高；此外，由于传统电解液是醚类溶剂体系，多硫化物的溶出仍然不可避免，对金属锂负极的腐蚀