CN101383432B - 一种用于锂离子电池的非水电解液 - Google Patents

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Abstract

一种用于锂离子电池的非水电解液，其特征在于所述非水电解液含有55～80％(重量)的碳酸酯类化合物、6～30％(重量)的羧酸酯类化合物和11～16％(重量)的锂盐。本发明通过在有机溶剂中加入适量的羧酸酯类化合物，大大提高了锂盐在溶剂中的解离程度，从而有效的增加了非水电解液的电导率，本发明的非水电解液的电导率达到11～13.5mS/cm，满足了锂离子电池高倍率放电对非水电解液电导率的要求，因此，当这种非水电解液用于锂离子电池时，能够使锂离子电池具备高倍率放电特性。

Description

一种用于锂离子电池的非水电解液
技术领域
本发明涉及电池用的电解液，具体地说，涉及一种用于锂离子电池的非水电解液。
背景技术
锂离子电池自诞生并被商品化以来，由于其优越的性能，已被广泛应用于笔记本电脑、手机、数码相机、mp3播放器等小型电子设备及医疗器械，作为驱动电源。
随着锂离子电池应用领域越来越广泛，对锂离子电池提出了越来越高的要求，例如，将锂离子电池用作电动工具、电动玩具、模型飞机、电动车的驱动电源时，要求锂离子电池具备高倍率放电特性，即瞬时或连续具有大电流放电特性。但传统的锂离子电池的非水电解液中有机溶剂基本上是碳酸酯类化合物，这种非水电解液的电导率比较低(现有的锂离子电池用非水电解液的电导率普遍在10mS/cm左右)，而非水电解液的电导率低是锂离子电池无法高倍率放电的一个重要原因，因此采用这种非水电解液的锂离子电池不具备高倍率放电特性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种用于锂离子电池的非水电解液，这种非水电解液用于锂离子电池时，能够使锂离子电池具备高倍率放电特性。采用的技术方案如下：
一种用于锂离子电池的非水电解液，其特征在于所述非水电解液由55～80％(重量)的碳酸酯类化合物、6～30％(重量)的羧酸酯类化合物和11～16％(重量)的锂盐组成；所述羧酸酯类化合物是甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丙酯、甲酸丁酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丙酸丁酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、丁酸丙酯、丁酸丁酯中的一种或其中多种的混合物。
优选上述碳酸酯类化合物是碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸丁烯酯(BC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸甲丙酯(MPC)中的一种或其中多种的混合物。
上述锂盐可选自六氟磷酸锂(LiPF6)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、双乙二酸硼酸锂(LiBOB)、二氟草酸硼酸锂(LiODFB)、三氟甲基磺酸锂(LiSO3CF3)、四氟硼酸锂(LiBF4)、二(三氟甲基磺酸)亚胺锂(Li(CF3SO2)2N)、三(三氟甲基磺酰)甲基锂(LiC(CF3SO2)3)、高氯酸锂(LiClO4)、六氟锑酸锂(LiSbF6)和LiC4F9SO3中的一种或其中多种的混合物。
另外，在上述非水电解液的基础上，还可加入本领域技术人员所熟知的可用于锂离子电池的其他溶剂(例如亚硫酸酯类化合物、γ-丁内酯)和各种添加剂(例如二甲亚砜、12-冠-4醚)。
上述非水电解液可采用下述方法制备：首先按配比称取各种原料(即各种有机溶剂和锂盐)；然后将各种有机溶剂和锂盐加入容器(例如烧杯、锥型瓶等)中，并进行搅拌或振荡，使锂盐完全溶解，且各种原料均匀混合，形成了非水电解液。以上将各种原料加入容器没有顺序限制，可以先加各种有机溶剂，也可以先加锂盐。
本发明通过在有机溶剂中加入适量的羧酸酯类化合物，大大提高了锂盐在溶剂中的解离程度，从而有效的增加了非水电解液的电导率，本发明的非水电解液的电导率达到11～13.5mS/cm，满足了锂离子电池高倍率放电对非水电解液电导率的要求，因此，当这种非水电解液用于锂离子电池时，能够使锂离子电池具备高倍率放电特性。
具体实施方式
实施例1
制备非水电解液：在室温下，在通有干燥气体(如空气、氮气或氩气，其水分含量小于20PPM)的手套箱中，用电子天平精确称量原料碳酸乙烯酯15克、碳酸二甲酯40克、甲酸乙酯28克、碳酸丙烯酯5克和LiBOB12克；然后将上述各种原料加入干燥的容器中，并搅拌至锂盐LiBOB完全溶解，且各种原料混合均匀，得到100克非水电解液。
得到的100克非水电解液中，含碳酸酯类化合物(碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸丙烯酯)60克、羧酸酯类化合物(甲酸乙酯)28克、锂盐(LiBOB)12克。
批量生产时按上述配比配备各种原料。
实施例2
本实施例制备方法与实施例1相同，只是所用原料为碳酸乙烯酯23克、碳酸甲乙酯30克、甲酸乙酯15克、甲酸丙酯10克、碳酸丙烯酯9克、LiBF45克和LiBOB8克。
得到的100克非水电解液中，含碳酸酯类化合物(碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸丙烯酯)62克、羧酸酯类化合物(甲酸乙酯和甲酸丙酯)25克、锂盐(LiBF4和LiBOB)13克。
批量生产时按上述配比配备各种原料。
实施例3
本实施例制备方法与实施例1相同，只是所用原料为碳酸乙烯酯31克、碳酸二乙酯40克、丙酸甲酯10克、甲酸丁酯4克、碳酸亚乙烯酯1克和LiClO414克。
得到的100克非水电解液中，含碳酸酯类化合物(碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯和碳酸亚乙烯酯)72克、羧酸酯类化合物(丙酸甲酯和甲酸丁酯)14克、锂盐(LiClO4)14克。
批量生产时按上述配比配备各种原料。
实施例4
本实施例制备方法与实施例1相同，只是所用原料为碳酸乙烯酯37克、碳酸二甲酯40克、丙酸甲酯6克、碳酸亚乙烯酯1克、LiClO48克和LiODFB8克。
得到的100克非水电解液中，含碳酸酯类化合物(碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸亚乙烯酯)78克、羧酸酯类化合物(丙酸甲酯)6克、锂盐(LiClO4和LiODFB)16克。
批量生产时按上述配比配备各种原料。
实施例5
本实施例制备方法与实施例1相同，只是所用原料为碳酸乙烯酯25克、碳酸二乙酯20克、乙酸乙酯29克、碳酸丙烯酯10克和LiAsF616克。
得到的100克非水电解液中，含碳酸酯类化合物(碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯和碳酸丙烯酯)55克、羧酸酯类化合物(乙酸乙酯)29克、锂盐(LiAsF6)16克。
批量生产时按上述配比配备各种原料。
实施例6
本实施例制备方法与实施例1相同，只是所用原料为碳酸乙烯酯30克、碳酸甲乙酯30克、乙酸乙酯12克、乙酸甲酯10克、碳酸亚乙烯酯5克、LiAsF66克和LiPF67克。
得到的100克非水电解液中，含碳酸酯类化合物(碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸亚乙烯酯)65克、羧酸酯类化合物(乙酸乙酯和乙酸甲酯)22克、锂盐(LiAsF6和LiPF6)13克。
批量生产时按上述配比配备各种原料。
实施例7
本实施例制备方法与实施例1相同，只是所用原料为碳酸乙烯酯28克、碳酸二甲酯35克、乙酸甲酯15克、碳酸丙烯酯10克和LiPF612克。
得到的100克非水电解液中，含碳酸酯类化合物(碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸丙烯酯)73克、羧酸酯类化合物(乙酸甲酯)15克、锂盐(LiPF6)12克。
批量生产时按上述配比配备各种原料。
实施例8
本实施例制备方法与实施例1相同，只是所用原料为碳酸乙烯酯25克、碳酸甲乙酯39克、乙酸乙酯10克、乙酸甲酯5克、碳酸亚乙烯酯8克、LiPF610克和LiSbF63克。
得到的100克非水电解液中，含碳酸酯类化合物(碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸亚乙烯酯)72克、羧酸酯类化合物(乙酸乙酯和乙酸甲酯)15克、锂盐(LiPF6和LiSbF6)13克。
批量生产时按上述配比配备各种原料。
实施例9
本实施例制备方法与实施例1相同，只是所用原料为碳酸乙烯酯25克、碳酸二甲酯35克、乙酸甲酯25克、二甲亚砜2克、LiPF613克。
得到的100克非水电解液中，含碳酸酯类化合物(碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯)60克、羧酸酯类化合物(乙酸甲酯)25克、二甲亚砜2克、锂盐(LiPF6)13克。
批量生产时按上述配比配备各种原料。
对比例
在与实施例1相同的条件下配制对比电解液，所用原料为碳酸乙烯酯28克、碳酸二甲酯28克、碳酸甲乙酯28克、碳酸丙烯酯4克和LiPF612克。
得到的100克非水电解液中，含碳酸酯类化合物88克、锂盐12克。
在相同条件下，先对实施例1～9及对比例的非水电解液进行水分、电导率、酸度等常规测试，测试结果如表1所示；然后将以上电解液分别填充进设计容量为900mAh的电池，进行倍率放电测试，测试结果如表2所示。
表1实施例及对比例的非水电解液测试结果表
 
实施例/对比例 水分含量(ppm) 酸度含量(ppm) 电导率(mS/cm)
实施例1 10 14 11.8
 
实施例2 12 12 11.7
实施例3 9 12 11.8
实施例4 8 14 11.4
实施例5 8 10 13.0
实施例6 12 10 12.6
 
实施例2 12 12 11.7
实施例7 13 12 11.9
实施例8 11 10 12.3
实施例9 9 10 12.4
对比例 13 16 10.3
表2电池倍率放电测试结果
 
实施例 1C放电容量C<sub>1C</sub>(mAh) 5C放电容量C<sub>5C</sub>(mAh) 10C放电容量C<sub>10C</sub>(mAh) C<sub>5C</sub>/C<sub>1C</sub>(％) C<sub>10C</sub>/C<sub>1C</sub>(％)
实施例1 921 895 835 97.2 90.7
实施例2 923 889 843 96.3 91.3
实施例3 915 896 836 97.9 91.4
实施例4 918 874 839 95.2 91.4
实施例5 920 886 848 96.3 92.2
实施例6 925 885 845 95.7 91.4
实施例7 917 879 853 95.8 93.0
实施例8 921 886 846 96.2 91.9
实施例9 918 875 834 95.3 90.8
对比例 918 721 415 78.5 45.2
由表1可知，实施例1～9的非水电解液的电导率明显高于对比例。
表2中，C称为倍率，是指电池在规定的时间内放出其额定容量时所需要的电流值，它在数据值上等于电池额定容量的倍数。由表2可知，实施例1～9锂离子电池的高倍率(5C、10C)放电特性明显优于对比例。

Claims (3)

1.一种用于锂离子电池的非水电解液，其特征在于所述非水电解液由55～80％(重量)的碳酸酯类化合物、6～30％(重量)的羧酸酯类化合物和11～16％(重量)的锂盐组成；所述羧酸酯类化合物是甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丙酯、甲酸丁酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丙酸丁酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、丁酸丙酯和丁酸丁酯中的一种或其中多种的混合物。
2.根据权利要求1所述的用于锂离子电池的非水电解液，其特征是：所述碳酸酯类化合物是碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯和碳酸甲丙酯中的一种或其中多种的混合物。
3.根据权利要求1所述的用于锂离子电池的非水电解液，其特征是：所述锂盐是六氟磷酸锂、六氟砷酸锂、双乙二酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、三氟甲基磺酸锂、四氟硼酸锂、二(三氟甲基磺酸)亚胺锂、三(三氟甲基磺酰)甲基锂、高氯酸锂、六氟锑酸锂和LiC4F9SO3中的一种或其中多种的混合物。
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