CN102064343A - 一种新型的锂离子电池电解液 - Google Patents

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Abstract

本发明涉电池电解液技术领域，具体公开了一种新型的锂离子电池电解液。本发明在普通的锂离子电池电解液中加入酰酯类的有机化合物混配的有机溶剂，并且酰酯类的有机溶剂加入量为锂离子电池电解液重量的75～90%，并添加1～10%的添加剂，与8～15%导电锂盐进行化学复配，制得的本发明所述的锂离子电池电解液，可以同时满足锂离子电池对高低温性能的要求。

Description

一种新型的锂离子电池电解液
技术领域
本发明涉电池电解液技术领域，具体公开了一种新型的锂离子电池电解液。
背景技术
锂离子电池作为新能源受到愈来愈多人的关注，已成为高新技术重点之一，并在取得重要进展。自20世纪90年代以来，由于它具有比能量高、工作电压高、应用范围宽、自放电率低、循环寿命长、无污染、安全性能好等独特的优势，现已广泛应用作袖珍贵重家用电器如移动电话、笔记本电脑、摄像机、照相机等电源，并已在航空、航天、航海、人造卫星、小型医疗仪器及军用通讯设备领域中逐步取代传统的电池，因此锂离子电池在现代电化学中备受关注。
但是由于锂离子电池电解液的工作温度范围等方面的因素，限制了其应用范围，如应用于高温型的电解液在-20℃时，电池的放电容量只有室温时的62 %，在-40℃时放电容量不到室温时的10%；应用于低温型的电解液在高温60℃时产气量很大，剩余容量和可恢复容量不到60%，大大的限制了锂离子电池的应用范围。
现有的锂离子电池电解液都是由以下几种碳酸酯类有机溶剂混合而成，如：碳酸乙烯酯（EC）、碳酸丙烯酯（PC）、碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸甲乙酯（EMC）、碳酸亚乙烯酯（VC）、氟代碳酸乙烯酯（FEC）、乙酸乙酯（EA）、氟代苯（FB）等，每种溶剂都有优缺点，不合理的溶剂配方及配比会影响锂离子电池电解液的使用温度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术不足，在现有的配方体系中添加一种或几种新的添加剂，来扩宽锂离子电池电解液的温度范围，使其能够满足高温要求的同时可以兼顾低温要求。
本发明的目的是这样实现的。
1、锂离子电池电解液包括以下重量百分比的原料
组分A     导电锂盐 8~15% 
作用：作为锂离子电池电解液的导电锂盐，可以是六氟磷酸锂（LiPF6）、四氟硼酸锂（LiBF4）、双草酸硼酸锂（LiBOB）、三（三氟甲基磺酰）甲基锂（LiC（SO2CF3）3）、三氟甲基磺酸锂（LiCF3SO3）的一种或几种，以任意比例混合；
组分B     有机溶剂75~90%      
作用：作为锂离子电池电解液的有机溶剂，可以是碳酸乙烯酯（EC）、碳酸丙烯酯（PC）、碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸甲乙酯（EMC）、乙酸乙酯（EA）、氟代苯（FB）、乙酰乙酸乙酯的任意一种或几种以任意比例混合；。广泛应用于食用香精和制药工业中的乙酰乙酸乙酯，熔点-45℃，沸点为181℃（760/mmHg下），闪点（闭杯）为84.4℃。粘度为1.5081mPa.s（25℃）介于环状碳酸酯PC（2.513mPa.s）与链状碳酸酯EMC（ 0.65mPa.s）区间内；同时乙酰乙酸乙酯具有一半碳酸酯结构， 另一半结构乙酰基本相对是活泼基团。研究人员可能因为这个原因，对其研究相对较少。文献报道上也很难找到相应的以乙酰乙酸乙酯作为添加剂及溶剂的报道；考虑乙酰乙酸乙酯有－45℃的熔点，也有181℃沸点，可以满足锂离子电池对高低温性能的要求。因而，本发明的锂离子电解液的有机溶剂优选为与乙酰乙酸乙酯搭配的溶剂；
组分C 添加剂  1~10%   
作用：作为锂离子电池电解液的添加剂，添加量极少，几乎不增加电解液的成本，但却能增加电解液的功能，显著提高电池的性能。添加剂可以是碳酸亚乙烯酯（VC）、氟代碳酸乙烯酯（FEC）、乙酸乙酯（EA）、氟代苯（FB）、丙磺酸内酯（PS）、环己基苯（CHB）的任意一种。
优选地；锂离子电池电解液包括以下重量百分比的原料：
组分A     导电锂盐 10~13%
组分B     有机溶剂80~86%  
组分C 添加剂  3~9%。
更优选地；锂离子电池电解液包括以下重量百分比的原料：
组分A     导电锂盐 12%
组分B     有机溶剂80~85% 
 组分C 添加剂  3~5%。
2、工艺流程：
配制电解液：在充氩气的手套箱中（水分＜10ppm、氧份＜10ppm）中配制锂离子电池电解液，将高纯有机溶剂按顺序及配比均匀混合，用磁力搅拌器搅拌5~15分钟，再将导电锂盐缓慢的加入混合溶液中，搅拌5~15分钟，将配制好的电解液置入不锈钢的钢瓶中（钢瓶用充高纯氩气抽真空置换三次），即得到本发明新型锂离子电池电解液。
本发明的优点及积极效果是：在普通的锂离子电池电解液中加入酰酯类的有机化合物混配的有机溶剂，并且酰酯类的有机溶剂加入量为锂离子电池电解液重量的75~90%，并添加1~10%的添加剂，与8~15%导电锂盐化学复配，制得的本发明所述的锂离子电池电解液，可以同时满足锂离子电池对高低温性能的要求。
具体实施方式
下面以具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明不受下述实施例的限定。
实施例1。
在充氩气的手套箱中（水分＜10ppm，氧份＜10ppm）中，分别按EC:DMC:乙酰乙酸乙酯=1：1：1(wt％) 称取各高纯有机溶剂，占总重量的82%，搅拌10分钟后加入添加剂，为碳酸亚乙烯酯（VC），占总重量的3%，氟代碳酸乙烯酯（FEC）占总重量的3%，然后向混合溶液中加入12%六氟磷酸锂LiPF6（锂盐的浓度为1mol/L），再搅拌8分钟即得到本发明锂离子电池电解液。
实施例2。
在充氩气的手套箱中（水分＜10ppm，氧份＜10ppm）中，分别按EC:DMC:EA:乙酰乙酸乙酯=1：1：1：1(wt％) 称取各高纯有机溶剂，占总重量的80%，搅拌10分钟后加入添加剂，为碳酸亚乙烯酯（VC），占总重量的2%，氟代碳酸乙烯酯（FEC）占总重量的3%，然后向混合溶液中加入12%六氟磷酸锂（LiPF6）和3%的双草酸硼酸锂（LiBOB）（锂盐的浓度约为1.2mol/L），再搅拌15分钟即得到本发明锂离子电池电解液。
实施例3。
在充氩气的手套箱中（水分＜10ppm，氧份＜10ppm）中，分别按EC:DEC:乙酰乙酸乙酯=1：1：1(wt％) 称取各高纯有机溶剂，占总重量的80%，搅拌8分钟后加入添加剂，为碳酸亚乙烯酯（VC），占总重量的2%，丙磺酸内酯（PS），占总重量的3%，然后向混合液中加入12%六氟磷酸锂（LiPF6）和3%的四氟硼酸锂LiBF4（锂盐的浓度约为1.2mol/L），再搅拌10分钟即得到本发明的电解液。
实施例4。
在充氩气的手套箱中（水分＜10ppm，氧份＜10ppm）中，分别按EC:PC:乙酰乙酸乙酯:DEC=1：0.5：1:1(wt％) 称取各高纯有机溶剂，占总重量的78%，搅拌8分钟后加入添加剂，为碳酸亚乙烯酯（VC），占总重量的1%，丙磺酸内酯（PS），占总重量的2%，环己基苯（CHB），占总重量的5%，然后向混合液中加入12%六氟磷酸锂（LiPF6）和2%的三氟甲基磺酸锂（LiCF3SO3）（锂盐的浓度约为1.1mol/L），再搅拌十分钟即得到本发明的电解液。
 产品的性能测试。
分别配制2种不同电解液样品A/B，A样品中不含有酰酯类有机溶剂，B样品含有20%乙酰乙酸乙酯，按照一定的操作规程制作553436的铝壳电池，其中正极材料为钴酸锂，负极材料为人造石墨，经过化成、分容、高低温性能测试后，得到如下表1所示对比数据。
从表1/2可以看出，本发明——一种新型的锂离子电池电解液与常规电解液相比，在低温和高温条件下测试电池的电化学性能，具有良好的高低温放电、低温倍率性能和高温储存性能，各电化学性能指标明显好于常规电解液。这说明本发明的电解液可以很好的兼顾高低温。

Claims (6)

1.一种新型的锂离子电池电解液，其特征在于：包括以下重量百分比的原料：
组分A     导电锂盐 8～15% 
组分B     有机溶剂75～90%  
组分C     添加剂  1～10%
其中，导电锂盐为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、三（三氟甲基磺酰）甲基锂、三氟甲基磺酸锂的一种或几种；
其中，有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、乙酸乙酯、氟代苯、乙酰乙酸乙酯的任意一种或几种； 
其中，添加剂为碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、乙酸乙酯、氟代苯，丙磺酸内酯、环己基苯的任意一种或几种。
2.根据权利要求1所述的一种新型的锂离子电池电解液，其特征在于：所述有机溶剂中的乙酰乙酸乙酯，熔点-45℃，沸点为181℃（760/mmHg下），闪点为84.4℃，25℃下粘度为1.5081mPa.s，介于环状碳酸酯PC 2.513mPa.s与链装碳酸酯EMC 0.65mPa.s区间内。
3.根据权利要求1所述的一种新型的锂离子电池电解液，其特征在于：包括以下重量百分比的原料：
组分A     导电锂盐   六氟磷酸锂+双草酸硼酸锂共计    10～13%
组分B     有机溶剂  碳酸乙烯酯+碳酸二甲酯+碳酸甲乙酯+乙酰乙酸乙酯共计    80～86%
组分C     添加剂  氟代碳酸乙烯酯   3～9%。
4.根据权利要求1所述的一种新型的锂离子电池电解液，其特征在于：包括以下重量百分比的原料：
组分A     导电锂盐  三（三氟甲基磺酰）甲基锂     12%
组分B     有机溶剂  氟代苯+乙酰乙酸乙酯  共计   80～85%
组分C     添加剂  碳酸亚乙烯酯    3～5%。
5.根据权利要求1所述的一种新型的锂离子电池电解液，其特征在于：制备方法如下：
配制电解液：在充氩气的手套箱中（水分＜10ppm、氧份＜10ppm）中配制锂离子电池电解液，将上述高纯有机溶剂按顺序及配比均匀混合，用磁力搅拌器搅拌5~15分钟，再将导电锂盐缓慢的加入混合溶液中，搅拌5~15分钟，将配制好的电解液置入不锈钢的钢瓶中（钢瓶用充高纯氩气抽真空置换三次），即得到本发明新型锂离子电池电解液。
6. 根据权利要求1所述的一种新型的锂离子电池电解液，其特征在于： 
制备方法如下：在充氩气的手套箱中（水分＜10ppm、氧份＜10ppm）中配制锂离子电池电解液，将上述高纯有机溶剂按顺序及配比均匀混合，用磁力搅拌器搅拌8分钟，再将导电锂盐缓慢的加入混合溶液中，搅拌5分钟，将配制好的电解液置入不锈钢的钢瓶中（钢瓶用充高纯氩气抽真空置换三次），即得到产品锂离子电池电解液。
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