锂硫电池电解液组合物、锂硫电池和用途
本申请属于锂硫电池，尤其涉及一种锂硫电池电解液组合物、锂硫电池和用途。
背景技术：
1、随着科技的不断发展，特别是随着智能通讯设备和电动汽车领域对于高能量密度二次电池的迫切需求。对高能量密度储能以及转换装置的研究具有实际意义。从电化学角度来看，相比于传统的锂离子电池依靠锂离子的嵌入和脱出进行储能，多电子反应材料体系是构件高比能二次电池的基础。其中，锂硫电池因具有极高的理论比容量(1672mah/g)和理论能量密度(2570wh/kg)，且硫价格低廉，储量丰富，已经成为下一代新锂二次电池的重点研究对象。
2、锂硫电池虽然具有很多优点，但是目前仍然没有实现商业化，其主要受限于锂金属负极的快速失效。锂金属负极的快速失效是指电池循环过程中不均匀的理沉积/脱出行为造成了严重的锂枝晶生长，导致活性锂的大量消耗和非活性锂的不断累积，最终导致锂的利用率低，电池快速失效。目前对提高锂负极利用率的研究进展主要集中于抑制锂金属的副反应方面。即通过电解液的设计，可以通过抑制多硫化锂在液相中的溶解或降低多硫化锂对金属锂的反应活性，达到保护锂负极、减少锂消耗的效果。或者通过改变电解液的溶剂等方法可以减缓活性锂的消耗速率，但仍然无法避免锂的不均匀沉积/脱出，以及由此导致的非活性锂的产生以及累积。
技术实现思路
1、本申请实施例提供一种锂硫电池电解液组合物及锂硫电池和用途，能够对电池工作过程中产生的非活性锂进行激活和再利用。
2、第一方面，本申请提供一种锂硫电池电解液组合物，包括：有机溶剂，包括第一溶剂和第二溶剂，第一溶剂选自1,3-二氧戊环、1,4-二氧六环中的任意一种或两种的组合；第二溶剂选自乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚中的任意一种或多种的组合；锂盐，选自双(氟磺酰)亚胺锂、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂、六氟磷酸锂、二草酸硼酸锂、高氯酸锂、二氟草酸硼酸锂和三氟甲磺酸锂中的一种或多种；含氨基或胺基的苯环型添加剂，含氨基或胺基的苯环型添加剂的体积占锂硫电池电解液组合物总体积的1.0％～3.0％。
3、根据本申请第一方面的实施例，含氨基或胺基的苯环型添加剂包括至少一种以下结构式的化合物：
4、
5、式(1)中，r1选自c0-c3的亚烷基；
6、
7、式(2)中，r2选自c0-c2的亚烷基，r3选自c0-c2的亚烷基；
8、
9、式(3)中r4选自c0-c1的亚烷基，r5选自c0-c1的亚烷基；
10、
11、式(4)中，r6选自c0-c2的亚烷基，r7选自c0-c2的亚烷基。
12、根据本申请第一方面的实施例，含氨基或胺基的苯环型添加剂选自2-氨基苯甲腈、2-氨基苯乙腈、苯胺、苯甲胺、3-甲基苯甲胺、苯乙胺、3-甲基苯乙胺、苯丙胺、间苯二胺、间苯二甲胺、邻苯二胺、邻苯二甲胺、对甲基苯胺、对苯二胺、对苯二甲胺、2,3,4,5-四甲基苯胺中的任意一种或多种。
13、根据本申请第一方面的实施例，含氨基或胺基的苯环型添加剂选自2-氨基苯乙腈和/或苯乙胺。
14、根据本申请第一方面的实施例，含氨基或胺基的苯环型添加剂选自间甲基苄胺、2-甲基苯甲基胺、4-甲基苯胺、1-甲基-3-苯基丙胺、2-乙基苯胺、(2-乙基苯基)甲胺、2-甲基-6-乙基苯胺、2,4,6-三(1-甲基乙基)-1,3-苯二胺、2-(2-甲基丙基)苯胺、2-(邻甲苯基)乙胺中的任意一种或多种。
15、根据本申请第一方面的实施例，锂硫电池电解液组合物还包括：辅助添加剂，辅助添加剂的质量占锂硫电池电解液组合物总质量的1.0％～5.0％。
16、根据本申请第一方面的实施例，辅助添加剂选自硝酸锂、多硫化锂、硝酸钾、硝酸铯、溴化锂中的一种或多种。
17、根据本申请第一方面的实施例，锂盐的浓度为0.1mol/l～2mol/l。
18、根据本申请第一方面的实施例，第一溶剂和第二溶剂的体积比为(0.5～2):1。
19、第二方面，本申请提供了一种锂硫电池，包括：正极；负极；以及隔膜，用于将正极、负极隔离开；电解液，包括上述的锂硫电池电解液组合物。
20、根据本申请第二方面的实施例，正极的活性物质选自单质硫、含硫聚合物、硫化锂、多硫化锂中的一种或多种的组合。
21、根据本申请第二方面的实施例，负极为金属锂箔、锂片、锂合金中的一种或多种的组合。
22、根据本申请第二方面的实施例，隔膜的材料选自聚乙烯、聚丙烯或者其复合材料。
23、第三方面，本申请提供了一种锂硫电池电解液组合物在薄锂负极与高硫载量的锂硫电池中的用途。
24、本申请实施例的锂硫电池电解液组合物，通过在锂硫电池电解液组合物中引入含氨基或胺基的苯环型添加剂，利用含氨基或胺基的苯环型添加剂先后与锂硫电池的负极金属锂、正极单质硫发生反应，生成长链有机多硫化物组分；该长链有机多硫化物组分与负极侧的非活性锂发生反应，形成短链有机多硫化物组分，实现非活性锂的激活和再利用。即本申请实施例的锂硫电池电解液组合物利用含氨基或胺基的苯环型添加剂激活了失去循环活性的非活性锂，提高了金属锂负极的利用率，提升了锂硫电池的循环寿命。
技术特征：
1.一种锂硫电池电解液组合物，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的锂硫电池电解液组合物，其特征在于，所述含氨基或胺基的苯环型添加剂包括至少一种以下结构式的化合物：
3.根据权利要求1所述的锂硫电池电解液组合物，其特征在于，氨基或胺基的苯环型添加剂选自2-氨基苯甲腈、2-氨基苯乙腈、苯胺、苯甲胺、3-甲基苯甲胺、苯乙胺、3-甲基苯乙胺、苯丙胺、间苯二胺、间苯二甲胺、邻苯二胺、邻苯二甲胺、对甲基苯胺、对苯二胺、对苯二甲胺、2,3,4,5-四甲基苯胺中的任意一种或多种。
4.根据权利要求1所述的锂硫电池电解液组合物，其特征在于，所述含氨基或胺基的苯环型添加剂选自间甲基苄胺、2-甲基苯甲基胺、4-甲基苯胺、1-甲基-3-苯基丙胺、2-乙基苯胺、(2-乙基苯基)甲胺、2-甲基-6-乙基苯胺、2,4,6-三(1-甲基乙基)-1,3-苯二胺、2-(2-甲基丙基)苯胺、2-(邻甲苯基)乙胺中的任意一种或多种。
5.根据权利要求1-4任一项所述的锂硫电池电解液组合物，其特征在于，还包括：辅助添加剂，所述辅助添加剂的质量占所述锂硫电池电解液组合物总质量的1.0％～5.0％。
6.根据权利要求5所述的锂硫电池电解液组合物，其特征在于，所述辅助添加剂选自硝酸锂、多硫化锂、硝酸钾、硝酸铯、溴化锂中的一种或多种。
7.根据权利要求1-4任一项所述的锂硫电池电解液组合物，其特征在于，所述锂盐的浓度为0.1mol/l～2mol/l。
8.根据权利要求1-4任一项所述的锂硫电池电解液组合物，其特征在于，所述第一溶剂和所述第二溶剂的体积比为(0.5～2):1。
9.一种锂硫电池，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述的锂硫电池，其特征在于，所述正极的活性物质选自单质硫、含硫聚合物、硫化锂、多硫化锂中的一种或多种的组合；和/或
11.一种如权利要求1-8任一项所述的锂硫电池电解液组合物在薄锂负极与高硫载量的锂硫电池中的用途。
技术总结
本申请公开了一种锂硫电池电解液组合物、锂硫电池和用途。锂硫电池电解液组合物包括：有机溶剂，包括第一溶剂和第二溶剂，第一溶剂选自1,3‑二氧戊环、1,4‑二氧六环中的任意一种或两种的组合；第二溶剂选自乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚中的任意一种或多种的组合；锂盐选自双(氟磺酰)亚胺锂、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂、六氟磷酸锂、二草酸硼酸锂、高氯酸锂、二氟草酸硼酸锂和三氟甲磺酸锂中的一种或多种；含氨基或胺基的苯环型添加剂，其体积占锂硫电池电解液组合物总体积的1.0％～3.0％。本申请的锂硫电池电解液组合物，能够对电池工作过程中产生的非活性锂进行激活再利用，提高了金属锂负极的利用率，提升了锂硫电池的循环寿命。
技术研发人员：张学强,苏莉玲,黄佳琦
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5