CN102306837B

CN102306837B - 一种锂离子电池电解液

Info

Publication number: CN102306837B
Application number: CN201110224699.6A
Authority: CN
Inventors: 陈性保; 戴晓兵; 许杰
Original assignee: Zhuhai Smoothway Electronic Materials Co Ltd
Current assignee: Zhuhai Smoothway Electronic Materials Co Ltd
Priority date: 2011-08-08
Filing date: 2011-08-08
Publication date: 2014-11-19
Anticipated expiration: 2031-08-08
Also published as: CN102306837A

Abstract

本发明公开了一种锂离子电池电解液，旨在提供了一种电池放电性能好、工作温度窗口比较大的锂离子电池电解液。该锂离子电池电解液包括溶剂和锂盐，所述溶剂的组成重量百分比为：环状羧酸酯γ-丁内酯60%-90%；线性羧酸酯10%-40%。环状羧酸酯溶剂γ-丁内酯的熔点低、沸点高，粘度较低，可以拓宽电解液的温度窗口，提高电解液高低温性能，提高了锂离子电池的放电性能，使其可以在-40℃~50℃的环境中工作，所以本发明电池放电性能好、工作温度窗口比较大。

Description

一种锂离子电池电解液

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池电解液。

背景技术

20世纪90年代锂离子电池实现了商品化应用，随着技术的不断发展、革新，相关科技人员不断在提升苛刻条件下锂离子电池的电化学性能以及安全性能等，以期扩大其使用领域。其中，能兼顾高低温下的使用性能，一直是人们研发的重点之一。通常的情况是，常温下电池性能很好的电池只能兼顾低温使用或者只能兼顾高温使用，但是无法做到二者同时兼顾。其中最主要的原因就是锂离子电池电解液的温度窗口太窄，无法同时兼顾高低温性能。现将主要原因分析如下：电解液，作为锂离子电池的关键材料之一，其从最初的二元体系发展至如今的多元体系功能型电解液，其溶剂主体大多都是两类碳酸酯混合溶剂：一类是环状的碳酸酯溶剂，如碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯等；另一类是链状的碳酸酯溶剂，如碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯等。其中，从温度窗口的角度来考虑，碳酸丙烯酯的熔点低，沸点高，是环状碳酸酯溶剂的首选，但是，在实际使用过程中发现，碳酸丙烯酯会使碳负极材料发生剥离现象，导致电池的使用性能严重退化；碳酸乙烯酯熔点相对较高(39℃)，在温度较低时，碳酸乙烯酯会首先凝固析出，因此其在低温使用时的效果不佳。而在电解液中，环状酯类溶剂的介电常数较高，其对电解质盐有很好的解离作用，因此其在电解液中的作用不可或缺，但是由于以上所述原因，限制了其应用，加之这类溶剂是电解液中的主体溶剂，因此，欲改变电解液的温度窗口，必须找出介电常数较高、温度窗口较宽的新型溶剂来弥补环状碳酸酯类溶剂的不足。

专利CN200510107424.9中添加了体积比1%-50%的γ-丁内酯用于提高电解液的高温和低温性能，但是其中仍有40%以上的环状碳酸酯类和线性碳酸酯类溶剂，从溶剂组成看其仍然面临着低温溶剂析出的问题，且该专利的目的主要是添加了一定量的添加剂来改善电解液的润湿性，文中并未对电解液的高低温性能做出具体说明，专利CN200710123621.9提供了高温稳定性好的锂电池电解液，该体系使用了40%以上的环状碳酸酯类溶剂，显而易见，其高温性能会略好，但是从上所述可知其低温性能会很差，专利CN200910115382.1提供了一种动力锂离子电池低温电解液，该体系同样使用了大量的碳酸酯类溶剂，可见其低温性能也是有限的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种电池放电性能好、工作温度窗口比较大的锂离子电池电解液。

本发明所采用的技术方案是：本发明包括溶剂和锂盐，所述溶剂的组成重量百分比为：环状羧酸酯γ-丁内酯 60%-85%；线性羧酸酯15%-40%，所述线性羧酸酯包括乙酸乙酯、丙酸乙酯和丁酸丁酯，所述乙酸乙酯、所述丙酸乙酯和所述丁酸丁酯在所述溶剂中的取值范围均为5%-20%。所述电解液还包括成膜添加剂，所述成膜添加剂占所述溶剂与所述锂盐总重量的0.5%-3%。

所述成膜添加剂为碳酸亚乙酯、亚硫酸乙烯酯的至少一种。

所述锂盐为LiPF₆，所述LiPF₆在所述电解液中的浓度为0.8-1.4M。

本发明的有益效果是：本发明溶剂和锂盐，所述溶剂包括60%-90%的环状羧酸酯γ-丁内酯和10%-40%的线性羧酸酯，环状羧酸酯溶剂γ-丁内酯的熔点低、沸点高，粘度较低，可以拓宽电解液的温度窗口，提高电解液高低温性能，提高了锂离子电池的放电性能，使其可以在-40℃~50℃的环境中工作，所以本发明电池放电性能好、工作温度窗口比较大。

具体实施方式

本发明的目的在于通过组合环状环状羧酸酯γ-丁内酯和线性羧酸酯和适当的添加剂，提供一种兼顾高低温性能的高电导、低粘度电解液，提高了锂离子电池的放电性能，拓宽了锂离子电池的工作温度窗口，使其即使在-40°至50°的环境温度范围内均能保证正常工作，它是这样实现的：本发明包括溶剂、锂盐和成膜添加剂，所述溶剂的组成重量百分比为：环状羧酸酯γ-丁内酯 60%-90%；线性羧酸酯10%-40%，其中，所述线性羧酸酯包括乙酸乙酯、丙酸乙酯、丁酸丁酯中的至少两种，优选方式为三种均采用，即所述线性羧酸酯包括乙酸乙酯、丙酸乙酯、丁酸丁酯，所述环状羧酸酯γ-丁内酯在所述溶剂中的重量百分比为 60%-85%，所述线性羧酸酯在所述溶剂中的重量百分比为 15%-40%，所述乙酸乙酯、所述丙酸乙酯、所述丁酸丁酯在所述溶剂中的取值范围均为5%-20%，所述成膜添加剂为碳酸亚乙酯、亚硫酸乙烯酯的至少一种，所述成膜添加剂占所述溶剂与所述锂盐总重量的0.5%-3%，所述锂盐为LiPF₆，所述LiPF6在所述电解液中的浓度为0.8-1.4M。

为了进一步了解本发明的发明内容，列举以下实施例来具体说明：

本发明实施例中所用的锂离子电池的正极活性材料选用钴酸锂，负极材料选用人造石墨。选用以下不同电解液作为实施例，锂盐均为1MLiPF₆。实施例十三为常规用电解液，作为本发明的比较例。

实施例一：

本实施例中选用60%的环状羧酸酯γ-丁内酯、40%的线性羧酸酯，其中，乙酸乙酯、丙酸乙酯各取20% ，所述成膜添加剂的含量占所述溶剂与所述锂盐总重量的0.5%。

实施例二：

本实施例中选用80%的环状羧酸酯γ-丁内酯、20%的线性羧酸酯，其中，乙酸乙酯、丙酸乙酯各取10%，所述成膜添加剂的含量占所述溶剂与所述锂盐总重量的1.5%。

实施例三：

本实施例中选用90%的环状羧酸酯γ-丁内酯、10%的线性羧酸酯，其中，乙酸乙酯、丙酸乙酯各取5%，所述成膜添加剂的含量占所述溶剂与所述锂盐总重量的 3%。

实施例四：

本实施例中选用60%的环状羧酸酯γ-丁内酯、40%的线性羧酸酯，其中乙酸乙酯、丁酸丁酯各取20%，所述成膜添加剂的含量占所述溶剂与所述锂盐总重量的 0.5%。

实施例五：

本实施例中选用80%的环状羧酸酯γ-丁内酯、20%的线性羧酸酯，其中，乙酸乙酯、丁酸丁酯各取10%，所述成膜添加剂的含量占所述溶剂与所述锂盐总重量的1.5%。

实施例六：

本实施例中选用90%的环状羧酸酯γ-丁内酯、10%的线性羧酸酯，其中，乙酸乙酯、丁酸丁酯各取5%，所述成膜添加剂的含量占所述溶剂与所述锂盐总重量的3%。

实施例七：

本实施例中选用60%的环状羧酸酯γ-丁内酯、40%的线性羧酸酯，其中，丙酸乙酯、丁酸丁酯各取20% ，所述成膜添加剂的含量占所述溶剂与所述锂盐总重量的0.5%。

实施例八：

本实施例中选用80%的环状羧酸酯γ-丁内酯、40%的线性羧酸酯，其中，丙酸乙酯、丁酸丁酯各取10% ，所述成膜添加剂的含量占所述溶剂与所述锂盐总重量的1.5%。

实施例九：

本实施例中选用90%的环状羧酸酯γ-丁内酯、10%的线性羧酸酯，其中，丙酸乙酯、丁酸丁酯各取50% ，所述成膜添加剂的含量占所述溶剂与所述锂盐总重量的3%。

实施例十：

本实施例中选用60%的环状羧酸酯γ-丁内酯、40%的线性羧酸酯，其中，乙酸乙酯、丙酸乙酯、丁酸丁酯的其中一种取20%，另外两种各取10%，例如，乙酸乙酯取10%、丙酸乙酯取10% 、丁酸丁酯取20% ，所述成膜添加剂的含量占所述溶剂与所述锂盐总重量的0.5%。

实施例十一：

本实施例中选用70%的环状羧酸酯γ-丁内酯、30%的线性羧酸酯，其中，乙酸乙酯取10%、丙酸乙酯取10% 、丁酸丁酯取10% ，所述成膜添加剂的含量占所述溶剂与所述锂盐总重量的1.5%。

实施例十二：

本实施例中选用85%的环状羧酸酯γ-丁内酯、15%的线性羧酸酯，其中，乙酸乙酯取5%、丙酸乙酯取5% 、丁酸丁酯取5% ，所述成膜添加剂的含量占所述溶剂与所述锂盐总重量的3%。

实施例十三：

本实施例包括溶剂、锂盐、成膜添加剂，所述溶剂由碳酸乙烯酯：碳酸二甲酯：碳酸甲乙酯=1/1/1(质量比)组成,所述成膜添加剂的含量占所述溶剂与所述锂盐总重量的2.0%

上述实施例中的电解液经制成电池后，测量电池在不同温度下的首次放电效率，结果如下表所示：

从上表可知，本发明电解液所制成的锂离子电池兼顾了电池的高低温性能，与常规电解液相比，有了很大的性能提升。

Claims

1.一种锂离子电池电解液，它包括溶剂和锂盐，其特征在于：所述溶剂的组成重量百分比为：环状羧酸酯γ-丁内酯 60%-85%；线性羧酸酯15%-40%，所述线性羧酸酯包括乙酸乙酯、丙酸乙酯和丁酸丁酯，所述乙酸乙酯、所述丙酸乙酯和所述丁酸丁酯在所述溶剂中的取值范围均为5%-20%。

2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池电解液，其特征在于：所述电解液还包括成膜添加剂，所述成膜添加剂占所述溶剂与所述锂盐总重量的0.5%-3%。

3.根据权利要求2所述的一种锂离子电池电解液，其特征在于：所述成膜添加剂为碳酸亚乙酯、亚硫酸乙烯酯的至少一种。

4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池电解液，其特征在于：所述锂盐为LiPF₆，所述LiPF₆在所述电解液中的浓度为0.8-1.4M。