CN101399375A - 一种锂离子电池电解液 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子电池电解液，含有电解质及有机溶剂，按重量百分比计，所述有机溶剂为：碳酸乙烯酯EC：35－42％，碳酸丙烯酯PC：6－12％，碳酸二甲酯DMC：20－30％，碳酸甲乙酯EMC：15－20％，碳酸二乙酯DEC：0－10％，联苯或环己基苯0－5％。另外，作为添加剂的化合物可选择碳酸亚乙烯酯、碳酸亚丙烯酯、γ－丁内酯、1，3－丙磺酸内酯、丁磺酸内酯中的一种或多种，其占有机溶剂总质量量为2～5％。本发明还公开了采用上述电解液的锂离子电池。采用本发明的电解液，离子导电性高，内阻小，能够长时间大电流放电，高温稳定性好，制造工序简单，成本低廉，十分适合大规模量产。
Description
技术领域
本发明涉及一种电解液，特别涉及一种二次锂离子电池的非水体电解液。
背景技术
锂离子电池是继镍镉电池、镍氢电池之后的第三代小型蓄电池。作为一种新型的化学电源，它具有工作电压高、比能量大、放电电位曲线平稳、自放电小、循环寿命长、低温性能好、无记忆、无污染等突出的优点，能够满足人们对便携式电器所需要的电池小型轻量化和有利于环保的双重要求，广泛用于移动通讯、笔记本电脑、摄放一体机等小型电子装置，同时锂离子电池也能很好实现大电流放电，在电动自行车电池和电动摩托车上都已经有了应用，同时大型锂离子电池组也可以作为纯电动车的动力。
由于动力电池具有大倍率充放电的使用要求，这也就要求电池具有较小的内阻。由于电池内部主要是离子传输电荷，所以，这也就要求动力电池电解液具有较高的离子电导率，同时由于动力电池使用时采用大电流，电池自身温度较高(55℃左右)，这也要求电解液具有好的高温稳定性。
发明内容
本发明的目的意在解决现有电解液高温稳定性不够以及不能够长时间大电流放电的问题，提供一种锂离子电池电解液及电池。
为了达到上述目的，本发明所采取的技术方案是：
一种锂离子电池电解液，包括电解质和有机溶剂，其中有机溶剂中含有多种环状酯和链状酯。
上述环状酯选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸亚丙烯酯、γ-丁内酯、1，3-丙磺酸内酯(PS)，丁磺酸内酯中的一种或几种。优选的是碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯。
上述链状酯选自碳酸二甲酯，碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯中的一种或几种。优选的是碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯及碳酸二乙酯。
上述电解液中还可以含有联苯及环己基苯。
上述电解质选自六氟磷酸锂，四氟硼酸锂，高氯酸锂，三氟甲基磺酸锂，九氟丁基磺酸锂，二(三氟甲基磺酸)亚胺锂，二(三氟乙基磺酸)亚胺锂，三(三氟甲基磺酰)甲基锂，双乙二酸硼酸锂(LiBOB)中的一种或几种。
按重量百分比计，最优选的所述有机溶剂为：碳酸乙烯酯EC：35-42％，碳酸丙烯酯PC：6-12％，碳酸二甲酯DMC：20-30％，碳酸甲乙酯EMC：15-20％，碳酸二乙酯DEC：0-10％，联苯或环己基苯0-5％。另外，作为添加剂的化合物可选择碳酸亚乙烯酯、碳酸亚丙烯酯、γ-丁内酯、1，3-丙磺酸内酯、丁磺酸内酯中的一种或多种，其占有机溶剂总质量的2～5％。
前述电解质的浓度为1.2-1.4M之间。
一种锂离子二次电池，包括电解液，所述电解液是上述任意一项权利要求中所述的锂离子电池电解液。
采用上述技术方案，结合下面将要详述的实施例，本发明有益的技术效果在于：本发明的电解液离子导电性高，内阻小，能够长时间大电流放电，高温稳定性好，制造工序简单，成本低廉，十分适合大规模量产。
附图说明
图1为实施例1中锂二次电池放电量随循环次数的变化曲线
图2为实施例2中锂二次电池放电量随循环次数的变化曲线
图3为实施例3中锂二次电池放电量随循环次数的变化曲线
图4为实施例4中锂二次电池放电量随循环次数的变化曲线
图5为实施例5中锂二次电池放电量随循环次数的变化曲线
图6为实施例6中锂二次电池放电量随循环次数的变化曲线
具体实施方式
实施例1.一种锂离子电池电解液及电池，电解液包括有机溶液和电解质，按照以下质量百分比配制有机溶液：碳酸乙烯酯40％，碳酸丙烯酯5％，碳酸二甲酯25％，碳酸甲乙酯20％，碳酸二乙酯8％，碳酸亚乙烯酯2％。电解质采用六氟磷酸锂，逐渐添加六氟磷酸锂于上述有机溶剂混合物中，低温下让锂盐溶解于有机溶剂体系配制成电解液，控制锂盐浓度为1.28M/L。采用LiNixCo1-2xMnxO2材料作为正极，采用碳材料作为负极，制得26650电池。电池使用10A电流充电，20A电流放电，即先10A充电至4.2V电压，之后4.2V恒压充电至电流小于30mA，放电电流为20A，放电至电压为2.75V停止。电池放电量随循环次数的变化如图1所示。
实施例2.另一种锂离子电池电解液及电池，电解液包括有机溶液和电解质，按照以下质量百分比配制有机溶液：碳酸乙烯酯42％，碳酸丙烯酯10％，碳酸二甲酯25％，碳酸甲乙酯20％，γ-丁内酯2％，1，3-丙磺酸内酯2％。电解质采用四氟硼酸锂，电解质缓慢加入到上述有机体系中，控制其浓度为1.25M/L.将上述有机溶液和电解质混合配制成电解液。电池的制作方法及电池的充放电方法同实施例一，电池放电量随循环次数的变化如图2所示(图2和图1放电量的表示单位不一样？)。
实施例3.又一种锂离子电池电解液及电池，电解液包括有机溶液和电解质，按照以下质量百分比配制有机溶液：碳酸乙烯酯40％，碳酸丙烯酯10％，碳酸二甲酯30％，碳酸甲乙酯16％，碳酸亚丙烯酯1％，丁磺酸内酯3％。电解质采用高氯酸锂，控制其浓度为1.25M/L，将上述有机溶液和电解质混合配制成电解液。电池的制作方法及电池的充放电方法同实施例一，电池放电量随循环次数的变化如图3所示。
实施例4.又一种锂离子电池电解液及电池，电解液包括有机溶液和电解质，按照以下质量百分比配制有机溶液和电解质：碳酸乙烯酯40％，碳酸丙烯酯7％，碳酸二甲酯25％，碳酸甲乙酯17％，环己基苯2％，1，3-丙磺酸内酯3％。电解质采用三氟甲基磺酸锂，浓度为1.2M/L。电池的制作方法及电池的充放电方法同实施例一，电池放电量随循环次数的变化如图4所示。
实施例5.又一种锂离子电池电解液及电池，电解液包括有机溶液和电解质，按照以下质量百分比配制有机溶液和电解质：碳酸乙烯酯40％，碳酸丙烯酯8％，碳酸二甲酯22％，碳酸甲乙酯15％，碳酸二乙酯10％，联苯2％，γ-丁内酯3％。电解质采用九氟丁基磺酸锂，浓度为1.25M/L。电池的制作方法及电池的充放电方法同实施例一，电池放电量随循环次数的变化如图5所示。
实施例6.又一种锂离子电池电解液及电池，电解液包括有机溶液和电解质，按照以下质量百分比配制有机溶液和电解质：碳酸乙烯酯40％，碳酸丙烯酯6％，碳酸二甲酯24％，碳酸甲乙酯20％，碳酸二乙酯9％，碳酸亚乙烯酯、碳酸亚丙烯酯、γ-丁内酯、1，3-丙磺酸内酯0.3％，丁磺酸内酯0.7％。电解质采用六氟磷酸锂与四氟硼酸锂的混合物，二者摩尔比为95：5，控制电解液总锂盐浓度为1.38M/L。电池的制作方法及电池的充放电方法同实施例一。
实施例7.又一种锂离子电池电解液及电池，电解液包括有机溶液和电解质，按照以下质量百分比配制有机溶液和电解质：碳酸乙烯酯38％，碳酸丙烯酯12％，碳酸二甲酯30％，碳酸甲乙酯15％，碳酸二乙酯2％，丁磺酸内酯3％。电解质采用六氟磷酸锂和双乙二酸硼酸锂的混合物，其中六氟磷酸锂与双乙二酸硼酸锂的摩尔比例为97：3，控制电解液锂盐总浓度为1.3M/L。电池的制作方法及电池的充放电方法同实施例一，表一给出了几种循环次数时的放电电量保持率。
表一
| 循环次数 | 放电电量保持率％ |
| 300 | 95.8 |
| 500 | 92.6 |
| 600 | 91.2 |
| 800 | 85.8 |
| 900 | 83.7 |
| 1000 | 81.2 |
实施例8.又一种锂离子电池电解液及电池，电解液包括有机溶液和电解质，按照以下质量百分比配制有机溶液和电解质：碳酸乙烯酯40％，碳酸丙烯酯8％，碳酸二甲酯24％，碳酸甲乙酯18％，碳酸二乙酯6％，碳酸亚乙烯酯1％、、1，3-丙磺酸内酯2％，丁磺酸内酯1％。电解质采用三(三氟甲基磺酰)甲基锂和六氟磷酸锂的混合物，两种锂盐的摩尔比例为2：98，总的锂盐浓度为1.35M/L。电池的制作方法及电池的充放电方法同实施例一，表二给出了几种循环次数时的放电电量保持率。
表二
| 循环次数 | 放电电量保持率％ |
| 300 | 95.5 |
| 500 | 92.7 |
| 600 | 91.4 |
| 800 | 85.5 |
| 900 | 82.8 |
| 1000 | 81.5 |
实施例9.又一种锂离子电池电解液及电池，电解液包括有机溶液和电解质，按照以下质量百分比配制有机溶液和电解质：碳酸乙烯酯40％，碳酸丙烯酯8％，碳酸二甲酯22％，碳酸甲乙酯15％，碳酸二乙酯10％，联苯2％，1，3-丙磺酸内酯6％。电解质采用高氯酸锂和三(三氟甲基磺酰)甲基锂的混合物，二者质量比为97：3，锂盐总浓度为1.25M/L。电池的制作方法及电池的充放电方法同实施例一，表三给出了几种循环次数时的放电电量保持率。
表三
| 循环次数 | 放电电量保持率％ |
| 300 | 94.8 |
| 500 | 92.4 |
| 600 | 91.1 |
| 800 | 84.2 |
| 900 | 83.3 |
| 1000 | 81.4 |
例10.又一种锂离子电池电解液及电池，电解液包括有机溶液和电解质，按照以下质量百分比配制有机溶液：碳酸乙烯酯40％，碳酸丙烯酯11％，碳酸二甲酯20％，碳酸甲乙酯20％，联苯5％，碳酸亚乙烯酯3％。电解质采用二(三氟乙基磺酸)亚胺锂和六氟磷酸锂的混合物，其中二(三氟乙基磺酸)的质量为与六氟磷酸锂的摩尔比为2.5：97.5，最终保证电解液总的锂盐浓度为1.32M。电池的制作方法及电池的充放电方法同实施例一，表五给出了几种循环次数时的放电电量保持率。
表四
| 循环次数 | 放电电量保持率％ |
| 300 | 94.5 |
| 500 | 91.8 |
| 600 | 90.2 |
| 800 | 83.1 |
| 900 | 80.5 |
| 1000 | 77.8 |
根据上述统计数据，可以看出，本发明制得的电解液满足锂离子电池大倍率充放电的需求，并具有好的循环表现，电解液的性能非常优良。
Claims (9)
1、一种锂离子电池电解液，含有电解质及有机溶剂，其特征在于：其中有机溶剂中含有环状酯和链状酯，所述环状酯选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸亚丙烯酯、γ-丁内酯、1，3-丙磺酸内酯(PS)，丁磺酸内酯中的一种或几种；所述链状酯选自碳酸二甲酯，碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯中的一种或几种；所述电解质选自六氟磷酸锂，四氟硼酸锂，高氯酸锂，三氟甲基磺酸锂，九氟丁基磺酸锂，二(三氟甲基磺酸)亚胺锂，二(三氟乙基磺酸)亚胺锂，三(三氟甲基磺酰)甲基锂，双乙二酸硼酸锂中的一种或几种。
2、根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于：所述环状酯是碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯。
3、根据权利要求1或2所述的锂离子电池电解液，其特征在于：所述链状酯是碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯及碳酸二乙酯。
4、根据权利要求3所述的锂离子电池电解液，其特征在于：还含有联苯、环己基苯中的一种或者两种。
5、根据权利要求1-4任意一项所述的锂离子电池电解液，其特征在于：所述电解质的浓度为1.2-1.4M/L。
6、根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于：还含有联苯、环己基苯中的一种或者两种。
7、根据权利要求6所述的锂离子电池电解液，其特征在于：按重量百分比计，所述有机溶剂为：碳酸乙烯酯EC：35-42％，碳酸丙烯酯PC：6-12％，碳酸二甲酯DMC：20-30％，碳酸甲乙酯EMC：15-20％，碳酸二乙酯DEC：0-10％，联苯或环己基苯0-5％，以及碳酸亚乙烯酯、碳酸亚丙烯酯、γ-丁内酯、1，3-丙磺酸内酯、丁磺酸内酯中的一种或多种，其占有机溶剂总质量的2～5％。
8、根据权利要求7所述的锂离子电池电解液，其特征在于：所述电解质的浓度为1.2-1.4M/L。
9、一种锂离子二次电池，包括电解液，其特征在于：所述电解液是上述任意一项权利要求中所述的锂离子电池电解液。
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