一种超低密度电解液和锂硫电池

摘要

本发明涉及一种超低密度电解液和锂硫电池。超低密度电解液的密度小于0.9g/ml；超低密度电解液包括锂盐和非水系有机溶剂；其中，非水系有机溶剂的单分子结构中含有最多两个亲核位点和/或含有最多三个氟原子，主碳链长度不大于7个碳原子，同时含有最多两个烷烃支链结构；非水系有机溶剂的介电常数小于7，使多硫化合物受极性官能团的限制作用下，在所述非水系有机溶剂中的解离或溶解得到抑制；超低密度电解液中，锂盐的总浓度范围在0.01M‑1.2M之间。在相同电解液体积用量下，采用该电解液可极大的降低电解液在锂硫全电池中的重量比例，从而有效提高锂硫一次电池以及锂硫二次电池整体能量密度，并可有效提高锂硫电池的循环稳定性能。

权利要求

1.一种超低密度电解液，其特征在于，所述超低密度电解液的密度小于0.9g/ml；所述超低密度电解液包括锂盐和非水系有机溶剂；

其中，所述非水系有机溶剂的单分子结构中含有最多两个亲核位点和/或含有最多三个氟原子，主碳链长度不大于7个碳原子，同时含有最多两个烷烃支链结构；

所述非水系有机溶剂的介电常数小于7，使得多硫化合物受极性官能团的限制作用下，在所述非水系有机溶剂中的解离或溶解得到抑制；

所述超低密度电解液中，锂盐的总浓度范围在0.01M‑1.2M之间。

2.根据权利要求1所述的超低密度电解液，其特征在于，所述非水系有机溶剂中至少包括一种密度小于0.85g/ml的醚类或烷烃类以及相应的氟化溶剂，且所述密度小于0.85g/ml的醚类或烷烃类以及相应的氟化溶剂占非水系有机溶剂的总体积含量比为20%‑90%。

3.根据权利要求2所述的超低密度电解液，其特征在于，所述超低密度电解液中，所述锂盐的浓度＜1.0M时，所述超低密度电解液的密度比溶剂密度的比值小于等于1.1，且具有＞1mS/cm的离子电导率。

4.根据权利要求1所述的超低密度电解液，其特征在于，所述锂盐包括：硝酸锂(LiNO3)、碘化锂（LiI）、溴化锂(LiBr) 、二(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiTFSI)、1,1,2,2,3,3‑六氟丙烷‑1,3‑二磺酸亚胺锂(LiHFDF)、高氯酸锂(LiClO4)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、三氟乙酸锂(LiFSA)、二氟磺酰三氟甲基磺酰亚胺锂(LiFTFSI)、三氟甲烷磺酸锂(LiTf)、双五氟乙烷磺酰亚胺锂(LiBETI)中的一种或多种。

5.根据权利要求4所述的超低密度电解液，其特征在于，所述锂盐具体包括：LiNO3和LiTFSI。

6.根据权利要求1所述的超低密度电解液，其特征在于，所述非水系有机溶剂包括：甲基丙基醚(MPE)、甲基丙基醚(MPE)和第一溶剂的混合溶剂、甲基丙基醚(MPE)和第二溶剂的混合溶剂、甲基丙基醚(MPE)和第三溶剂的混合溶剂中的一种或多种混合；

所述第一溶剂包括：乙二醇二甲醚(DME)、乙腈（AN）、1,3‑二氧戊环(DOL)、二甲氧甲烷(MMA)、四氢呋喃(THF)、甲基四氢呋喃(METHF)、乙醚(EE)、甲基叔丁基醚(MTBE)、甲基正丁基醚(MBE)、丙醚(DE)、异丙醚(IPE)、正戊烷(PE)、正己烷(HE)、正庚烷(HEP)、正辛烷(OCT)中的一种或多种；

所述第二溶剂包括：乙二醇二甲醚(DME)、乙醚(EE)、甲基叔丁基醚(MTBE)、甲基正丁基醚(MBE)、丙醚(DE)、异丙醚(IPE)的氟化溶剂中的一种或多种；

所述第三溶剂包括：二甲氧甲烷(MMA)、正戊烷(PE)、正己烷(HE)、正庚烷(HEP)、正辛烷(OCT) 对应的同分异构体或氟化体系中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的超低密度电解液，其特征在于，25℃下，所述超低密度电解液的粘度在0.45兆帕·秒‑1.20兆帕·秒。

8.一种锂硫电池，其特征在于，所述锂硫电池包括上述权利要求1‑7任一所述的超低密度电解液；所述锂硫电池包括锂硫一次电池或锂硫二次电池。

9.根据权利要求8所述的锂硫电池，其特征在于，所述锂硫电池的正极材料包括Mo6S8与TiS2的一种或两种与S进行复合的材料，其中所述Mo6S8与TiS2用以抑制锂硫电池中的穿梭效应，同时起到电催化作用。

10.根据权利要求8所述的锂硫电池，其特征在于，所述锂硫电池的正极材料还包括导电碳纳米管和石墨烯复合作为导电添加剂。

说明书

一种超低密度电解液和锂硫电池

技术领域

[0001] 本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种超低密度电解液和锂硫电池。

背景技术

[0002] 随着3C产品以及新能源电动汽车面向长续航的发展需求，储能市场对锂离子电池能量密度提出了更高的要求。但由于传统“脱嵌”型正负极材料的限制，锂离子电池能量密度已经接近其能量密度的极限(＜300Wh/Kg)，因此发展具有更高能量密度的二次电池已是大势所趋。锂硫电池由于具有2600Wh/Kg的理论能量密度，同时具备材料来源广、价格低廉、无污染等诸多优势，被认为是未来最有发展前景的二次电池新体系。

[0003] 虽然锂硫电池具有较高的理论能量密度，但由于其在实际应用过程中因非活性物质重量占比过高(＞70wt％)，导致其实际能量密度只能达到300‑400Wh/Kg，即仅能达到理论能量密度的15％左右。其中，在锂硫全电池中电解液重量占比最高(＞50wt％)，因此降低锂硫电池电解液在全电池中的重量比例是提高锂硫电池能量密度的重要途径。最直接的方式就是降低锂硫电池电解液的用量。然而由于硫正极孔隙率过高(＞70vo l％)以及充放电过程中特殊的“固‑液”转化过程，目前来看降低锂硫电池电解液的用量将面临巨大的挑战。

[0004] 在相同电解液用量/硫的质量(E/S)比的条件下，不同电解液的密度会导致电解液总重量存在较大的差别，这一差别可以引起锂硫全电池能量密度的巨大改变。因而本发明从降低电解液密度角度来解决现有技术问题，通过降低电解液密度来有效的降低电解液在全电池中的质量比例，从而实现提高锂硫电池实际能量密度的目的。因此开发具有超低密度的电解液对锂硫电池能量密度的提升具有重大的意义。

发明内容

[0005] 本发明实施例提供了一种超低密度电解液和锂硫电池，在相同E/S比条件下，采用该电解液可极大的降低电解液在锂硫全电池中的重量比例，从而有效提高锂硫电池整体能量密度，并可有效提高锂硫电池的循环稳定性能。

[0006] 第一方面，本发明实施例提供了一种超低密度电解液，所述超低密度电解液的密度小于0.9g/ml；所述超低密度电解液包括锂盐和非水系有机溶剂；

[0007] 其中，所述非水系有机溶剂的单分子结构中含有最多两个亲核位点和/或含有最多三个氟原子，主碳链长度不大于7个碳原子，同时含有最多两个烷烃支链结构；

[0008] 所述非水系有机溶剂的介电常数小于7，使得多硫化合物受极性官能团的限制作用下，在所述非水系有机溶剂中的解离或溶解得到抑制；

[0009] 所述超低密度电解液中，锂盐的总浓度范围在0.01M‑1.2M之间。

[0010] 优选的，所述非水系有机溶剂中至少包括一种密度小于0.85g/ml的醚类或烷烃类以及相应的氟化溶剂，且所述密度小于0.85g/ml的醚类或烷烃类以及相应的氟化溶剂占非水系有机溶剂的总体积含量比为20％‑90％。

[0011] 优选的，所述超低密度电解液中，所述锂盐的浓度＜1.0M时，所述超低电解液的密度比溶剂密度的比值小于等于1.1，且具有＞1mS/cm的离子电导率。

[0012] 优选的，所述锂盐包括：硝酸锂(LiNO3)、碘化锂(LiI)、溴化锂(LiBr)、二(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiTFSI)、1,1,2,2,3,3‑六氟丙烷‑1,3‑二磺酸亚胺锂(LiHFDF)、高氯酸锂(LiClO4)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、三氟乙酸锂(LiFSA)、二氟磺酰三氟甲基磺酰亚胺锂(LiFTFSI)、三氟甲烷磺酸锂(LiTf)、双五氟乙烷磺酰亚胺锂(LiBETI)中的一种或多种。

[0013] 进一步优选的，所述锂盐具体包括：LiNO3和LiTFSI。

[0014] 优选的，所述非水系有机溶剂包括：甲基丙基醚(MPE)，以及乙二醇二甲醚(DME)、乙腈(AN)、1,3‑二氧戊环(DOL)、二甲氧甲烷(MMA)、四氢呋喃(THF)、甲基四氢呋喃(METHF)、乙醚(EE)、甲基叔丁基醚(MTBE)、甲基正丁基醚(MBE)、丙醚(DE)、异丙醚(IPE)、正戊烷(PE)、正己烷(HE)、正庚烷(HEP)、正辛烷(OCT)、上述溶剂中的醚类溶剂对应的氟化溶剂以及上述溶剂中的中烷烃类溶剂对应的同分异构体或氟化体系中的一种或多种混合。

[0015] 优选的，25℃下，所述超轻电解液的粘度在0.45兆帕·秒‑1.20兆帕·秒。

[0016] 第二方面，本发明实施例提供了一种第一方面所述的锂硫电池，所述锂硫电池包括上述第一方面所述的超低密度电解液；所述锂硫电池包括锂硫一次电池或锂硫二次电池。

[0017] 优选的，所述锂硫电池的正极材料包括Mo6S8与TiS2的一种或两种与S进行复合的材料，其中所述Mo6S8与TiS2用以抑制锂硫电池中的穿梭效应，同时起到电催化作用。

[0018] 优选的，所述锂硫电池的正极材料还包括导电碳纳米管和石墨烯复合作为导电添加剂。

[0019] 本发明实施例提出的超低密度电解液，科学合理的定义出满足条件的锂盐和非水系有机溶剂，使其组成的电解液能够在相同E/S比条件下，极大的降低电解液在锂硫全电池中的重量比例，从而有效提高锂硫电池整体能量密度，并可有效提高锂硫电池的循环稳定性能。

附图说明

[0020] 下面通过附图和实施例，对本发明实施例的技术方案做进一步详细描述。

[0021] 图1为25℃下不同溶剂的密度示意图；

[0022] 图2为密度在(0.6‑0.8)g/mL范围内的超轻溶剂示意图；

[0023] 图3为本发明实施例1与对比例1的电化学性能测试结果对比。

具体实施方式

[0024] 下面通过附图和具体的实施例，对本发明进行进一步的说明，但应当理解为这些实施例仅仅是用于更详细说明之用，而不应理解为用以任何形式限制本发明，即并不意于限制本发明的保护范围。

[0025] 为了更好的理解本发明的意图，首先对产生本发明技术方案的思路、想法进行解析说明。

[0026] 在研究中我们发现，锂硫全电池中电解液的重量分数占比高是实际能量密度与其理论值之间存在巨大差距的主要原因。到目前为止，由于锂硫电池高电极孔隙率和金属锂负极对电解液消耗的限制，再进一步降低E/S比使其达到E/S＜3uL/mg，对于锂硫电池仍然是具有挑战性的。除了E/S比之外，我们认为电解液密度也是确定全电池中电解液重量的另一个关键参数，但在以前的研究中被忽略了。目前常规锂硫电解液的密度甚至高于锂离子电池电解液。因此如果能够降低电解液密度来有效的降低电解液在全电池中的质量比例，就可以达到提高锂硫电池实际能量密度的目的。

[0027] 根据上述分析，本发明提出了一种超低密度电解液，包括锂盐和非水系有机溶剂；

[0028] 在本发明实施过程中，我们评估了不同盐随其浓度而变化的电解液密度，同时也考虑锂盐与多硫化物的化学相容性，以及离子电导率，来确定能够用于本发明的超低密度电解液的锂盐。

[0029] 除了锂盐之外，所用溶剂的密度与溶剂的分子量、极性、结构和官能团有较大关系。图1显示了25℃时不同电解液所用溶剂的密度图，根据密度分为四个区域。从下往上可以发现，气/液/固相图分别对应密度<0.6g/mL、密度在0.6‑1.8g/mL和密度>1.8g/mL的特‑1点。在密度小于0.6g·mL 的范围内，溶剂分子在室温下通常是气态的，通常是非极性的或具有小的分子尺寸。对极性气体进行冷却或加压会形成液化气体电解液，但可能会严重降低锂硫电池的动力学性能。在液体区，可进一步分为常规区(0.85‑1.2g/mL)和超轻区(<
0.85g/mL)。结果表明，普通电解液溶剂(包括醚、酯和氟化溶剂)的密度都在0.85克/毫升以上，这意味着超低浓度甚至无盐的电解液密度不可能低于0.85克/毫升。因此，我们密切关‑1
注超轻溶剂，其在液相中的密度通常小于0.8g/mL。图2显示了密度在(0.6‑0.8)g·mL 范围内的超轻溶剂的一些候选溶剂。通常，超轻溶剂具有低极性和低介电常数从而导致盐的溶‑1 ‑1
解能力较低。因此，一些溶剂如正戊烷(0.63g·mL )、己烷(0.66g·mL )、正庚烷(0.68g·‑1 ‑1
mL )和正辛烷(0.70g·mL )被排除在外，因为低介电常数分子中没有强亲核位点，导致的盐溶解性不能令人满意。因此，我们将精力集中在具有一个路易斯碱性氧原子的单醚上，它不仅比具有多个氧原子的醚有更低的密度，而且具有有利于盐溶解性的适中的介电常数。
此外，与其它种类的高极性醚溶剂相比，这些醚具有高的耐还原性，显示出与锂金属的高相容性。考虑到醚类溶剂的极性随着支链数目和C/O比的增加而降低，我们更关注低C/O比(即C/O＝4，5，6)的线性醚。

[0030] 在研究了锂盐和溶剂的匹配行为后，我们还选择了在溶剂中加入甲基丙基醚(MPE)作为助溶剂，其独特的分子结构使得电解液具有低粘度、中等极性、对锂金属惰性、低多硫化物溶解度的特点，保证了电解液具有低密度和高离子电导率。

[0031] 基于以上技术分析论证和实施，本实施例提出的超低密度电解液中，非水系有机溶剂的单分子结构中含有最多两个亲核位点和/或含有最多两个氟原子，主碳链长度不大于7个碳原子，同时含有最多两个烷烃支链结构；非水系有机溶剂的介电常数小于7，使多硫化合物受极性官能团的限制，不在非水系有机溶剂中解离或溶解；

[0032] 进一步的，非水系有机溶剂中至少包括一种密度小于0.85g/ml的醚类或烷烃类以及相应的氟化溶剂，且密度小于0.85g/ml的醚类或烷烃类以及相应的氟化溶剂占非水系有机溶剂的总体积含量比为20％‑90％。

[0033] 本发明提供的超低密度电解液的密度小于0.9g/ml，在超低密度电解液中，锂盐的总浓度范围在0.01M‑1.2M之间。其中锂盐的浓度＜1.0M时，所述超低电解液的密度比溶剂密度的比值小于等于1.1，且具有＞1mS/cm的离子电导率。

[0034] 基于以上对锂盐和非水系有机溶剂的约束条件，构成本发明超低密度电解液的锂盐可以具体包括：硝酸锂(LiNO3)、二(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiTFSI)、1,1,2,2,3,3‑六氟丙烷‑1,3‑二磺酸亚胺锂(LiHFDF)、高氯酸锂(LiClO4)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、三氟乙酸锂(LiFSA)、二氟磺酰三氟甲基磺酰亚胺锂(LiFTFSI)、三氟甲烷磺酸锂(LiTf)、双五氟乙烷磺酰亚胺锂(LiBETI)中的一种或多种。

[0035] 非水系有机溶剂包括：甲基丙基醚(MPE)，此外还可以包括乙腈(AN)、乙二醇二甲醚(DME)、1,3‑二氧戊环(DOL)、二甲氧甲烷(MMA)、四氢呋喃(THF)、甲基四氢呋喃(METHF)、乙醚(EE)、甲基叔丁基醚(MTBE)、甲基正丁基醚(MBE)、丙醚(DE)、异丙醚(IPE)、正戊烷(PE)、正己烷(HE)、正庚烷(HEP)、正辛烷(OCT)、上述溶剂中的醚类溶剂对应的氟化溶剂以及上述溶剂中的中烷烃类溶剂对应的同分异构体或氟化体系中的一种或多种混合。

[0036] 为更好的理解本发明提供的技术方案，下述以多个具体实例分别说明本发明的超低密度电解液和其应用于锂硫电池的电池性能。

[0037] 首先，我们设计了用于与下述实施例进行性能对比说明的对比例。对比例采用常规的电解液，合成锂硫电池。

[0038] 对比例1

[0039] 本对比例1提供的电解液以及锂硫二次电池电极的制备过程如下：

[0040] (1)以商业化电解液(1M LiTFSI+2wt％LiNO3+DME/DOL(1:1))作为锂硫本实验的电解液，以50μm超薄锂带作为负极，涂碳铝箔为集流体，聚丙烯PP为隔膜，Mo6S8+S8+石墨烯纳米片(GNs)+碳纳米管(CNTs)(质量比20:60:10:10)复合材料为正极材料组装锂硫1Ah的软包电池。

[0041] (2)将上述步骤(1)所得电池静置12小时后，在LAND电池测试系统上测试其电化学性能，倍率为0.1C，测试温度为25℃。测试结果详见下表1。

[0042] 对比例2

[0043] 本对比例2提供的电解液以及锂硫二次电池电极的制备过程如下：

[0044] (1)以文献报道中高浓度电解液(7M LiTFSI+DME/DOL(1:1))作为锂硫本实验的电解液，以50μm超薄锂带作为负极，涂碳铝箔为集流体，聚丙烯PP为隔膜，Mo6S8+S8+石墨烯纳米片(GNs)+碳纳米管(CNTs)(质量比20:60:10:10)复合材料为正极材料组装锂硫1Ah的软包电池。

[0045] (2)将上述步骤(1)所得电池静置12小时后，在LAND电池测试系统上测试其电化学性能，倍率为0.1C，测试温度为25℃。测试结果详见下表1。

[0046] 对比例3

[0047] 本对比例3提供的电解液以及锂硫一次电池电极的制备过程如下：

[0048] (1)以商业化电解液(1M LiTFSI+2wt％LiNO3+DME/DOL(1:1))作为锂硫本实验的电解液，以40μm超薄锂带作为负极，涂碳铝箔为集流体，聚丙烯PP为隔膜，S/C比以75:25(碳包括60％的科琴黑与40％多壁碳纳米管)复合材料为正极材料组装锂硫1Ah的软包电池。

[0049] (2)将上述步骤(1)所得电池静置12小时后，在LAND电池测试系统上测试其电化学性能，倍率为0.1C，测试温度为25℃。测试结果详见下表1。

[0050] 对比例4

[0051] 本对比例4提供的电解液以及锂硫一次电池电极的制备过程如下：

[0052] (1)以高浓度电解液(7M LiTFSI+DME/DOL(1:1))作为本实验的电解液，以40μm超薄锂带作为负极，涂碳铝箔为集流体，聚丙烯PP为隔膜，S/C比以75:25(碳包括60％的科琴黑与40％多壁碳纳米管)复合材料为正极材料组装锂硫1Ah的软包电池。

[0053] (2)将上述步骤(1)所得电池静置12小时后，在LAND电池测试系统上测试其电化学性能，倍率为0.1C，测试温度为25℃。测试结果详见下表1。

[0054] 实施例1

[0055] 本实施例提供了一种LiTFSI/LiNO3‑MPE/DME超低密度电解液的制备及在二次电池中应用的性能测试。

[0056] (1)在充满氩气的手套箱内，分别取0.2M LITFSI以及0.4M的LiNO3放入100mL的定量瓶中充分搅拌混合；

[0057] (2)按体积比5:5分别取一定量的MPE、DME置入烧杯中充分搅拌混合，然后倒入以上100ml的定量瓶中，使锂盐充分溶解混合；

[0058] (3)在25℃恒温条件下测试10次该电解液的密度，并取平均值，得到该电解液的密度为0.825g/mL；

[0059] (4)以50μm超薄锂带作为负极，涂碳铝箔为集流体，聚丙烯PP为隔膜，Mo6S8+S8+石墨烯纳米片(GNs)+碳纳米管(CNTs)(质量比20:60:10:10)复合材料为正极材料与上述步骤(3)所得电解液组装锂硫1Ah的软包电池。

[0060] (5)将上述步骤(4)所得电池静置12小时后，在LAND电池测试系统上测试其电化学性能，倍率为0.1C，测试温度为25℃。本实施例1与对比例1的电化学性能测试结果对比见图3。测试结果数据详见下表1。

[0061] 在本实施例中，考虑到电解液密度和离子电导率，我们优选的采用LiNO3‑LiTfSi的双盐作为超轻电解液的锂盐，这种配置不仅可以在低密度的基础上提供有效的锂离子电导率，而且还能在金属锂表面形成稳定的SEI膜，有效抑制锂枝晶的生长。

[0062] 实施例2

[0063] 本实施例提供了一种LiFSI/LiNO3‑MPE/DME/DOL超低密度电解液的制备及在二次电池中应用的性能测试。

[0064] (1)在充满氩气的手套箱内，分别取0.2M LIFSI以及0.4M的LiNO3放入100mL的定量瓶中充分搅拌混合；

[0065] (2)按体积比5:4.5:0.5分别取一定量的MPE、DME、DOL置入烧杯中充分搅拌混合，然后倒入以上100ml的定量瓶中，使锂盐充分溶解混合；

[0066] (3)在25℃恒温条件下测试10次该电解液的密度，并取平均值，得到该电解液的密度为0.836g/mL；

[0067] (4)以50μm超薄锂带作为负极，涂碳铝箔为集流体，聚丙烯PP为隔膜，Mo6S8+S8+GNs+CNTs(质量比20:60:10:10)复合材料为正极材料与上述步骤(3)所得电解液组装锂硫1Ah的软包电池。

[0068] (5)将上述步骤(4)所得电池静置12小时后，在LAND电池测试系统上测试其电化学性能，倍率为0.1C，测试温度为25℃。测试结果详见下表1。

[0069] 实施例3

[0070] 本实施例提供了一种LiFSI/LiNO3‑MPE/DME/MTBE超低密度电解液的制备及在二次电池中应用的性能测试。

[0071] (1)在充满氩气的手套箱内，分别取0.2M LIFSI以及0.4M的LiNO3放入100mL的定量瓶中充分搅拌混合；

[0072] (2)按体积比4:4:2分别取一定量的MPE、DME、MTBE置入烧杯中充分搅拌混合，然后倒入以上100ml的定量瓶中，使锂盐充分溶解混合；

[0073] (3)在25℃恒温条件下测试10次该电解液的密度，并取平均值，得到该电解液的密度为0.813g/mL；

[0074] (4)以50μm超薄锂带作为负极，涂碳铝箔为集流体，聚丙烯PP为隔膜，Mo6S8+S8+GNs+CNTs(质量比20:60:10:10)复合材料为正极材料与上述步骤(3)所得电解液组装锂硫1Ah的软包电池。

[0075] (5)将上述步骤(4)所得电池静置12小时后，在LAND电池测试系统上测试其电化学性能，倍率为0.1C，测试温度为25℃。测试结果详见下表1。

[0076] 实施例4

[0077] 本实施例提供了一种LiTFSI/LiHFDF‑MPE/DME/DOL超低密度电解液的制备及在二次电池中应用的性能测试。

[0078] (1)在充满氩气的手套箱内，分别取0.15M LIFSI以及0.15M的LiHFDF放入100mL的定量瓶中充分搅拌混合；

[0079] (2)按体积比5:4.5:0.5分别取一定量的MPE、DME、DOL置入烧杯中充分搅拌混合，然后倒入以上100ml的定量瓶中，使锂盐充分溶解混合；

[0080] (3)在25℃恒温条件下测试10次该电解液的密度，并取平均值，得到该电解液的密度为0.845g/mL；

[0081] (4)以50μm超薄锂带作为负极，涂碳铝箔为集流体，聚丙烯PP为隔膜，Mo6S8+S8+GNs+CNTs(质量比20:60:10:10)复合材料为正极材料与上述步骤(3)所得电解液组装锂硫1Ah的软包电池。

[0082] (5)将上述步骤(4)所得电池静置12小时后，在LAND电池测试系统上测试其电化学性能，倍率为0.1C，测试温度为25℃。测试结果详见下表1。

[0083] 实施例5

[0084] 本实施例提供了一种LiTFSI/LiNO3‑MPE/DME/MTBE超低密度电解液的制备及在二次电池中应用的性能测试。

[0085] (1)在充满氩气的手套箱内，分别取0.15M LIFSI以及0.2M的LiHFDF放入100mL的定量瓶中充分搅拌混合；

[0086] (2)按体积比4.5:4.5:1.0分别取一定量的MPE、DME、MTBE置入烧杯中充分搅拌混合，然后倒入以上100ml的定量瓶中，使锂盐充分溶解混合；

[0087] (3)在25℃恒温条件下测试10次该电解液的密度，并取平均值，得到该电解液的密度为0.818g/mL；

[0088] (4)以50μm超薄锂带作为负极，涂碳铝箔为集流体，聚丙烯PP为隔膜，Mo6S8+S8+GNs+CNTs(质量比20:60:10:10)复合材料为正极材料与上述步骤(3)所得电解液组装锂硫1Ah的软包电池。

[0089] (5)将上述步骤(4)所得电池静置12小时后，在LAND电池测试系统上测试其电化学性能，倍率为0.1C，测试温度为25℃。测试结果详见下表1。

[0090] 实施例6

[0091] 本实施例提供了一种LiHFDF/LiNO3‑MPE/DME/MTBE超低密度电解液的制备及在二次电池中应用的性能测试。

[0092] (1)在充满氩气的手套箱内，分别取0.2M LiHFDF以及0.3M的LiNO3放入100mL的定量瓶中充分搅拌混合；

[0093] (2)按体积比5:4:1分别取一定量的MPE、DME、DOL置入烧杯中充分搅拌混合，然后倒入以上100ml的定量瓶中，使锂盐充分溶解混合；

[0094] (3)在25℃恒温条件下测试10次该电解液的密度，并取平均值，得到该电解液的密度为0.842g/mL；

[0095] (4)以50μm超薄锂带作为负极，涂碳铝箔为集流体，聚丙烯PP为隔膜，Mo6S8+S8+GNs+CNTs(质量比20:60:10:10)复合材料为正极材料与上述步骤(3)所得电解液组装锂硫1Ah的软包电池。

[0096] (5)将上述步骤(4)所得电池静置12小时后，在LAND电池测试系统上测试其电化学性能，倍率为0.1C，测试温度为25℃。测试结果详见下表1。

[0097] 实施例7

[0098] 本实施例提供了一种LiBr/LiNO3‑MPE/DME超低密度电解液的制备及在二次电池中应用的性能测试。

[0099] (1)在充满氩气的手套箱内，分别取0.3M LiHFDF以及0.3M的LiNO3放入100mL的定量瓶中充分搅拌混合；

[0100] (2)按体积比5:5分别取一定量的MPE、DME置入烧杯中充分搅拌混合，然后倒入以上100ml的定量瓶中，使锂盐充分溶解混合；

[0101] (3)在25℃恒温条件下测试10次该电解液的密度，并取平均值，得到该电解液的密度为0.834g/mL；

[0102] (4)以50μm超薄锂带作为负极，涂碳铝箔为集流体，聚丙烯PP为隔膜，Mo6S8+S8+GNs+CNTs(质量比20:60:10:10)复合材料为正极材料与上述步骤(3)所得电解液组装锂硫1Ah的软包电池。

[0103] (5)将上述步骤(4)所得电池静置12小时后，在LAND电池测试系统上测试其电化学性能，倍率为0.1C，测试温度为25℃。测试结果详见下表1。

[0104] 实施例8

[0105] 本实施例提供了一种LiBr/LiNO3‑MPE/DME/DOl超低密度电解液的制备及在二次电池中应用的性能测试。

[0106] (1)在充满氩气的手套箱内，分别取0.3M LiHFDF以及0.3M的LiNO3放入100mL的定量瓶中充分搅拌混合；

[0107] (2)按体积比5:4:1分别取一定量的MPE、DME、DOL置入烧杯中充分搅拌混合，然后倒入以上100ml的定量瓶中，使锂盐充分溶解混合；

[0108] (3)在25℃恒温条件下测试10次该电解液的密度，并取平均值，得到该电解液的密度为0.839g/mL；

[0109] (4)以50μm超薄锂带作为负极，涂碳铝箔为集流体，聚丙烯PP为隔膜，Mo6S8+S8+GNs+CNTs(质量比20:60:10:10)复合材料为正极材料与上述步骤(3)所得电解液组装锂硫1Ah的软包电池。

[0110] (5)将上述步骤(4)所得电池静置12小时后，在LAND电池测试系统上测试其电化学性能，倍率为0.1C，测试温度为25℃。测试结果详见下表1。

[0111] 实施例9

[0112] 本实施例提供了一种LiTf/LiNO3‑MPE/DME超低密度电解液的制备及在二次电池中应用的性能测试。

[0113] (1)在充满氩气的手套箱内，分别取0.2M LiTf以及02M的LiNO3放入100mL的定量瓶中充分搅拌混合；

[0114] (2)按体积比5:5分别取一定量的MPE、DME置入烧杯中充分搅拌混合，然后倒入以上100ml的定量瓶中，使锂盐充分溶解混合；

[0115] (3)在25℃恒温条件下测试10次该电解液的密度，并取平均值，得到该电解液的密度为0.833g/mL；

[0116] (4)以50μm超薄锂带作为负极，涂碳铝箔为集流体，聚丙烯PP为隔膜，Mo6S8+S8+GNs+CNTs(质量比20:60:10:10)复合材料为正极材料与上述步骤(3)所得电解液组装锂硫1Ah的软包电池。

[0117] (5)将上述步骤(4)所得电池静置12小时后，在LAND电池测试系统上测试其电化学性能，倍率为0.1C，测试温度为25℃。测试结果详见下表1。

[0118] 实施例10

[0119] 本实施例提供了一种LiClO4/LiNO3‑MPE/DME/DOl超低密度电解液的制备及在二次电池中应用的性能测试。

[0120] (1)在充满氩气的手套箱内，分别取0.2M LiClO4以及0.4M的LiNO3放入100mL的定量瓶中充分搅拌混合；

[0121] (2)按体积比5:4.5:0.5分别取一定量的MPE、DME、DOL置入烧杯中充分搅拌混合，然后倒入以上100ml的定量瓶中，使锂盐充分溶解混合；

[0122] (3)在25℃恒温条件下测试10次该电解液的密度，并取平均值，得到该电解液的密度为0.846g/mL；

[0123] (4)以50μm超薄锂带作为负极，涂碳铝箔为集流体，聚丙烯PP为隔膜，Mo6S8+S8+GNs+CNTs(质量比20:60:10:10)复合材料为正极材料与上述步骤(3)所得电解液组装锂硫1Ah的软包电池。

[0124] (5)将上述步骤(4)所得电池静置12小时后，在LAND电池测试系统上测试其电化学性能，倍率为0.1C，测试温度为25℃。测试结果详见下表1。

[0125] 实施例11

[0126] 本实施例提供了一种LiTf/LiNO3‑MPE/DME/DOl超低密度电解液的制备及在二次电池中应用的性能测试。

[0127] (1)在充满氩气的手套箱内，分别取0.2M LiTf以及0.4M的LiNO3放入100mL的定量瓶中充分搅拌混合；

[0128] (2)按体积比5:4.5:0.5分别取一定量的MPE、DME、DOL置入烧杯中充分搅拌混合，然后倒入以上100ml的定量瓶中，使锂盐充分溶解混合；

[0129] (3)在25℃恒温条件下测试10次该电解液的密度，并取平均值，得到该电解液的密度为0.845g/mL；

[0130] (4)以50μm超薄锂带作为负极，涂碳铝箔为集流体，聚丙烯PP为隔膜，Mo6S8+S8+GNs+CNTs(质量比20:60:10:10)复合材料为正极材料与上述步骤(3)所得电解液组装锂硫1Ah的软包电池。

[0131] (5)将上述步骤(4)所得电池静置12小时后，在LAND电池测试系统上测试其电化学性能，倍率为0.1C，测试温度为25℃。测试结果详见下表1。

[0132] 实施例12

[0133] 本实施例提供了一种LiI/LiNO3‑MPE/AN超低密度电解液的制备及在一次电池中应用的性能测试。

[0134] (1)在充满氩气的手套箱内，分别取0.2M LiI以及0.3M的LiNO3放入100mL的定量瓶中充分搅拌混合；

[0135] (2)按体积比5.5:4.5分别取一定量的MPE、AN置入烧杯中充分搅拌混合，然后倒入以上100ml的定量瓶中，使锂盐充分溶解混合；

[0136] (3)在25℃恒温条件下测试10次该电解液的密度，并取平均值，得到该电解液的密度为0.824g/mL；

[0137] (4)以50μm超薄锂带作为负极，涂碳铝箔为集流体，聚丙烯PP为隔膜，S/C比以75:25(碳包括60％的科琴黑与40％多壁碳纳米管)复合材料为正极材料与上述步骤(3)所得电解液组装锂硫1Ah的软包电池。

[0138] (5)将上述步骤(4)所得电池静置12小时后，在LAND电池测试系统上测试其电化学性能，倍率为0.1C，测试温度为25℃。测试结果详见下表1。

[0139] 实施例13

[0140] 本实施例提供了一种LiI/LiNO3‑MPE/AN超低密度电解液的制备及在一次电池中应用的性能测试。

[0141] (1)在充满氩气的手套箱内，分别取0.2M LiI以及0.3M的LiNO3放入100mL的定量瓶中充分搅拌混合；

[0142] (2)按体积比5.5:4.5分别取一定量的MPE、AN置入烧杯中充分搅拌混合，然后倒入以上100ml的定量瓶中，使锂盐充分溶解混合；

[0143] (3)在25℃恒温条件下测试10次该电解液的密度，并取平均值，得到该电解液的密度为0.795g/mL；

[0144] (4)以40μm超薄锂带作为负极，涂碳铝箔为集流体，聚丙烯PP为隔膜，S/C比以75:25(碳包括60％的科琴黑与40％多壁碳纳米管)复合材料为正极材料与上述步骤(3)所得电解液组装锂硫1Ah的软包电池。

[0145] (5)将上述步骤(4)所得电池静置12小时后，在LAND电池测试系统上测试其电化学性能，倍率为0.1C，测试温度为25℃。测试结果详见下表1。

[0146] 实施例14

[0147] 本实施例提供了一种LiI/LiBr‑MPE/AN超低密度电解液的制备及在一次电池中应用的性能测试。

[0148] (1)在充满氩气的手套箱内，分别取0.2M LiI以及0.2M的LiBr放入100mL的定量瓶中充分搅拌混合；

[0149] (2)按体积比5.5:4.5分别取一定量的MPE、AN置入烧杯中充分搅拌混合，然后倒入以上100ml的定量瓶中，使锂盐充分溶解混合；

[0150] (3)在25℃恒温条件下测试10次该电解液的密度，并取平均值，得到该电解液的密度为0.792g/mL；

[0151] (4)以40μm超薄锂带作为负极，涂碳铝箔为集流体，聚丙烯PP为隔膜，S/C比以75:25(碳包括60％的科琴黑与40％多壁碳纳米管)复合材料为正极材料与上述步骤(3)所得电解液组装锂硫1Ah的软包电池。

[0152] (5)将上述步骤(4)所得电池静置12小时后，在LAND电池测试系统上测试其电化学性能，倍率为0.1C，测试温度为25℃。测试结果详见下表1。

[0153] 实施例15

[0154] 本实施例提供了一种LiI/LiTf‑MTBE/AN超低密度电解液的制备及在一次电池中应用的性能测试。

[0155] (1)在充满氩气的手套箱内，分别取0.2M LiI以及0.1M的LiTf放入100mL的定量瓶中充分搅拌混合；

[0156] (2)按体积比5.5:4.5分别取一定量的MTBE、DME置入烧杯中充分搅拌混合，然后倒入以上100ml的定量瓶中，使锂盐充分溶解混合；

[0157] (3)在25℃恒温条件下测试10次该电解液的密度，并取平均值，得到该电解液的密度为0.789g/mL；

[0158] (4)以40μm超薄锂带作为负极，涂碳铝箔为集流体，聚丙烯PP为隔膜，S/C比以75:25(碳包括60％的科琴黑与40％多壁碳纳米管)复合材料为正极材料与上述步骤(3)所得电解液组装锂硫1Ah的软包电池。

[0159] (5)将上述步骤(4)所得电池静置12小时后，在LAND电池测试系统上测试其电化学性能，倍率为0.1C，测试温度为25℃。测试结果详见下表1。

[0160] 实施例16

[0161] 本实施例提供了一种LiI/LiClO4‑MPE/DME超低密度电解液的制备及在一次电池中应用的性能测试。

[0162] (1)在充满氩气的手套箱内，分别取0.2M LiI以及0.1M的LiClO4放入100mL的定量瓶中充分搅拌混合；

[0163] (2)按体积比5.5:4.5分别取一定量的MPE、AN置入烧杯中充分搅拌混合，然后倒入以上100ml的定量瓶中，使锂盐充分溶解混合；

[0164] (3)在25℃恒温条件下测试10次该电解液的密度，并取平均值，得到该电解液的密度为0.786g/mL；

[0165] (4)以40μm超薄锂带作为负极，涂碳铝箔为集流体，聚丙烯PP为隔膜，S/C比以75:25(碳包括60％的科琴黑与40％多壁碳纳米管)复合材料为正极材料与上述步骤(3)所得电解液组装锂硫1Ah的软包电池。

[0166] (5)将上述步骤(4)所得电池静置12小时后，在LAND电池测试系统上测试其电化学性能，倍率为0.1C，测试温度为25℃。测试结果详见下表1。

[0167] 实施例17

[0168] 本实施例提供了一种LiI/LiFSI‑MTBE/AN超低密度电解液的制备及在一次电池中应用的性能测试。

[0169] (1)在充满氩气的手套箱内，分别取0.2M LiI以及0.08M的LiFSI放入100mL的定量瓶中充分搅拌混合；

[0170] (2)按体积比5.5:4.5分别取一定量的MTBE、AN置入烧杯中充分搅拌混合，然后倒入以上100ml的定量瓶中，使锂盐充分溶解混合；

[0171] (3)在25℃恒温条件下测试10次该电解液的密度，并取平均值，得到该电解液的密度为0.791g/mL；

[0172] (4)以40μm超薄锂带作为负极，涂碳铝箔为集流体，聚丙烯PP为隔膜，S/C比以75:25(碳包括60％的科琴黑与40％多壁碳纳米管)复合材料为正极材料与上述步骤(3)所得电解液组装锂硫1Ah的软包电池。

[0173] (5)将上述步骤(4)所得电池静置12小时后，在LAND电池测试系统上测试其电化学性能，倍率为0.1C，测试温度为25℃。测试结果详见下表1。

[0174] 实施例18

[0175] 本实施例提供了一种LiBr/LiFSI‑MPE/AN超低密度电解液的制备及在一次电池中应用的性能测试。

[0176] (1)在充满氩气的手套箱内，分别取0.2M LiI以及0.08M的LiFSI放入100mL的定量瓶中充分搅拌混合；

[0177] (2)按体积比6:4分别取一定量的MPE、AN置入烧杯中充分搅拌混合，然后倒入以上100ml的定量瓶中，使锂盐充分溶解混合；

[0178] (3)在25℃恒温条件下测试10次该电解液的密度，并取平均值，得到该电解液的密度为0.781g/mL；

[0179] (4)以40μm超薄锂带作为负极，涂碳铝箔为集流体，聚丙烯PP为隔膜，S/C比以75:25(碳包括60％的科琴黑与40％多壁碳纳米管)复合材料为正极材料与上述步骤(3)所得电解液组装锂硫1Ah的软包电池。

[0180] (5)将上述步骤(4)所得电池静置12小时后，在LAND电池测试系统上测试其电化学性能，倍率为0.1C，测试温度为25℃。测试结果详见下表1。

[0181]

[0182] 表1

[0183] 本发明实施例提供的超轻电解液由于多相萃取对多硫化物溶解度的抑制作用，对抑制多硫化物溶解度有积极作用。应该注意的是，超轻电解液的合适的多硫化物溶解度不仅有利于抑制穿梭效应，而且为正极硫的固‑液转化反应动力学提供了合适的环境。超轻电‑1解液在25℃时具有较高的离子电导率3.46mS·cm ，更重要的是，具有2.29千焦/摩尔的超低活化能，这使得离子转移的能量屏障降低。此外，在0‑50℃的宽温度范围内，超轻电解液显示出异常低的粘度(0.45‑1.20兆帕·秒)，波动小，远低于常规电解液的粘度(1.73‑3.11兆帕·秒)和高浓度电解液的粘度(40‑887兆帕·秒)，从而显示出对多孔隔膜和电极的优异润湿性，这有利于提高活性材料的倍率性能。

[0184] 本发明提供的超轻电解液在溶解饱和多硫化合物条件下依然能够保持较高离子‑1 ‑1电导率(3.73‑4.74mS·cm )和适中的粘度(0.55‑2.37MPa·S )。这将有利于溶解在电解液中的多硫化合物能够有效的进入电极孔隙内部，使得多硫化充分的被还原，从而实现在贫液条件下依然能够保持锂离子以及多硫活性物质的快速传输。从而有效提高了锂硫电池在充放电过程中活性物质的有效再分布，因此能够实现高硫的利用率。

[0185] 本发明提出了一种新的超低密度电解液，以解决锂硫全电池中非活性电解液的高质量分数问题。结果表明，与常规电解液相比，本发明提出的超低密度电解制不仅单位体积重量减少30％，而且与锂金属具有很好的兼容性，这不仅能够大大降低锂硫电池中电解液的重量比，而且在贫液条件下保持了高硫利用率，通过在锂硫电池中引入本发明的超轻电解液，可以实现超过20％以上的能量密度提升。

[0186] 本发明实施例提出的超低密度电解液，能够在相同E/S比条件下，极大的降低电解液在锂硫全电池中的重量比例，从而有效提高锂硫电池整体能量密度，并可有效提高锂硫电池的循环稳定性能。

[0187] 以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。