CN102324563A - 锂离子电池电解液及锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及锂离子电池电解液以及使用该电解液的锂离子电池，所述电解液各组份重量份分别为：锂盐10份，有机溶剂55～80份，添加剂0.4～2份；其中，所述锂盐为LiPF6，所述有机溶剂为乙烯碳酸酯和二乙基碳酸酯，所述添加剂包括六甲基二硅胺烷。优选方案为所述添加剂还包括碳酸亚乙烯酯。与现有技术相比，本发明电解液通过添加六甲基二硅胺烷，抑制电解液存储过程中LiPF6的水解及热解，减少电解液中水分和游离酸的含量，提高了电解液的储存稳定性及热稳定性，同时改善了使用该电解液的锂离子电池的电化学性能和循环性能。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池，尤其涉及锂离子电池电解液以及使用该电解液的锂离子电池。
背景技术
电解液是锂离子电池的重要组成部分，在电池中承担着正负极之间传输电荷的作用，对电池的比容量、工作温度范围、循环效率及安全性能等至关重要。在锂离子二次电池中电解液对游离酸、水分含量的要求较高，这是由于锂离子电池的电压为3～4V，而水的分解电压不到其一半，若电解液中含有较多水分，在高压充放电下分解，会造成电池性能劣化，而电解液中游离酸过高，也会影响电池性能，如氢氟酸会与锂离子形成氟化锂，导致充放电过程中负极界面形成阻隔，电池内阻增大，影响到负极材料锂离子的正常嵌入和脱嵌，从而影响电池性能。然而在锂离子电解液的生产、存储过程中往往由于干燥环境劣化、存储设备密封性能差、电解液使用溶剂水分含量偏高等等原因造成电解液中水分、游离酸偏高从而影响电池性能，此外在电解液的生产、存储过程中电解液也可能同锂离子电池中某些活性材料发生副反应，从而影响锂离子电池性能。
发明内容
本发明的目的就是为了克服现有锂离子电池电解液存在水分、游离酸偏高影响电池性能以及发生副反应从而影响锂离子电池性能等缺陷而提供一种锂离子电池电解液以及使用该电解液的锂离子电池，所述电解液通过添加六甲基二硅胺烷，抑制电解液存储过程中LiPF6的水解及热解，减少电解液中水分和游离酸的含量，提高了电解液的储存稳定性及热稳定性，同时改善了锂离子电池的电化学性能和循环性能。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种锂离子电池电解液，包括锂盐、有机溶剂和添加剂，其重量份分别为：锂盐10份，有机溶剂55～80份，添加剂0.4～2份；其中，所述锂盐为LiPF6，所述有机溶剂为乙烯碳酸酯和二乙基碳酸酯，所述添加剂包括六甲基二硅胺烷。六甲基二硅胺烷既可以与水反应，又可以与游离酸反应，因而抑制了LiPF6与水分的反应，使得电解液中游离酸的含量减少，从而提高电解液的稳定性。
优选的，所述乙烯碳酸酯和二乙基碳酸酯的质量比为1：3～1：2。
优选的，所述LiPF6为1.0mol/L。
优选的，所述添加剂还包括碳酸亚乙烯酯。在锂离子电池中，游离酸会与电解质膜中的主要成分发生反应，生成物在碳负极表面发生沉积，导致电池内阻增大，从而影响电池性能；碳酸亚乙烯酯的加入可对碳负极表面的电解质膜进行弥补修饰，进而更好的保护电解质膜的性能，同时抑制游离酸与电解质膜中的主要成分发生反应，更好的提高电解液的稳定性。
优选的，所述六甲基二硅胺烷和碳酸亚乙烯酯的质量比为1：3。
使用上述的锂离子电池电解液的锂离子电池，所述锂离子电池的正极包括质量比为90：5：5的LiCoO2、乙炔黑和聚偏二氟乙烯；所述锂离子电池的负极包括质量比为95：2：3的人造石墨、碳纤维和丁苯橡胶。
优选的，所述锂离子电池使用的复合隔膜为聚丙烯或聚乙烯。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、电解液通过添加六甲基二硅胺烷，抑制电解液存储过程中LiPF6的水解及热解，减少电解液中水分和游离酸的含量，提高了电解液的储存稳定性及热稳定性，同时改善了锂离子电池的电化学性能和循环性能。
2、电解液中进一步添加碳酸亚乙烯酯，它能很好的对碳负极表面的电解质膜进行弥补修饰，进而更好的保护电解质膜的性能，同时抑制游离酸与电解质膜中的主要成分发生反应。
附图说明
图1为本发明各实施例与对比例的循环性能对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
对比例1
电解液的配制：取重量份为80份的乙烯碳酸酯和二乙基碳酸酯（质量比为1：2）混合均匀，缓缓加入重量份为10份的1.0mol/L 的LiPF6，搅拌使充分溶解，即可。
电池正极的制作：将聚偏二氟乙烯溶解在一定量的N-甲基吡咯烷酮溶剂中制得粘结剂溶液，加入实现混合均匀的LiCoO2和乙炔黑粉末，高速搅拌1～3小时，得正极浆料，用拉浆机将该浆料均匀涂覆到厚度为20??m的铝箔集流体上，经150℃真空干燥1.5小时，辊压，裁片成型，焊接上正极极耳。其中：LiCoO2、乙炔黑和聚偏二氟乙烯的质量比为90：5：5。
电池负极的制作：将质量比为95：2：3的人造石墨、碳纤维和丁苯橡胶混合，加去离子水充分搅拌混合均匀，配成负极浆料，用拉浆机将该浆料均匀涂覆到厚度为16??m的铜箔集流体上，经130℃真空干燥1.5小时，辊压，裁片成型，焊接上负极极耳。
复合隔膜为聚丙烯。
实施例1
电解液的配制：取重量份为80份的乙烯碳酸酯和二乙基碳酸酯（质量比为1：2）混合均匀，缓缓加入重量份为10份的1.0mol/L 的LiPF6，搅拌使充分溶解，再加入重量份为0.45份的六甲基二硅胺烷，充分搅拌即可。
电池正极的制作：将聚偏二氟乙烯溶解在一定量的N-甲基吡咯烷酮溶剂中制得粘结剂溶液，加入实现混合均匀的LiCoO2和乙炔黑粉末，高速搅拌1～3小时，得正极浆料，用拉浆机将该浆料均匀涂覆到厚度为20??m的铝箔集流体上，经150℃真空干燥1.5小时，辊压，裁片成型，焊接上正极极耳。其中：LiCoO2、乙炔黑和聚偏二氟乙烯的质量比为90：5：5。
电池负极的制作：将质量比为95：2：3的人造石墨、碳纤维和丁苯橡胶混合，加去离子水充分搅拌混合均匀，配成负极浆料，用拉浆机将该浆料均匀涂覆到厚度为16??m的铜箔集流体上，经130℃真空干燥1.5小时，辊压，裁片成型，焊接上负极极耳。
复合隔膜为聚丙烯。
实施例2
电解液的配制：取重量份为80份的乙烯碳酸酯和二乙基碳酸酯（质量比为1：2）混合均匀，缓缓加入重量份为10份的1.0mol/L 的LiPF6，搅拌使充分溶解，再加入重量份为2份的六甲基二硅胺烷和碳酸亚乙烯酯（质量比为1:3，即六甲基二硅胺烷0.5份，碳酸亚乙烯酯1.5份），充分搅拌即可。
电池正极的制作：将聚偏二氟乙烯溶解在一定量的N-甲基吡咯烷酮溶剂中制得粘结剂溶液，加入实现混合均匀的LiCoO2和乙炔黑粉末，高速搅拌1～3小时，得正极浆料，用拉浆机将该浆料均匀涂覆到厚度为20??m的铝箔集流体上，经150℃真空干燥1.5小时，辊压，裁片成型，焊接上正极极耳。其中：LiCoO2、乙炔黑和聚偏二氟乙烯的质量比为90：5：5。
电池负极的制作：将质量比为95：2：3的人造石墨、碳纤维和丁苯橡胶混合，加去离子水充分搅拌混合均匀，配成负极浆料，用拉浆机将该浆料均匀涂覆到厚度为16??m的铜箔集流体上，经130℃真空干燥1.5小时，辊压，裁片成型，焊接上负极极耳。
复合隔膜为聚丙烯。
用水分测试仪和电位滴定仪对实施例1、2以及对比例1中的电解液进行水分含量测定，和游离酸含量（以HF计）的测定，分别在储存前测定一次，在60℃储存24小时后再测定一次，结果如下表（测定数值/×10-6）：
从表中可知，经过60℃储存24小时后，实施例1、2的电解液稳定性均好于对比例1的电解液，说明在电解液中加入本发明的添加剂（六甲基二硅胺烷和/或碳酸亚乙烯酯）提高了电解液的储存性能。这是由于六甲基二硅胺烷抑制了LiPF6和水的反应，使得电解液中HF含量大为减少，电解液的稳定性得以提高。
实施例3
电解液的配制：取重量份为55份的乙烯碳酸酯和二乙基碳酸酯（质量比为1：3）混合均匀，缓缓加入重量份为10份的1.0mol/L 的LiPF6，搅拌使充分溶解，再加入重量份为0.4份的六甲基二硅胺烷和碳酸亚乙烯酯（质量比为1:3，即六甲基二硅胺烷0.1份，碳酸亚乙烯酯0.3份），充分搅拌即可。
电池正极的制作：将聚偏二氟乙烯溶解在一定量的N-甲基吡咯烷酮溶剂中制得粘结剂溶液，加入实现混合均匀的LiCoO2和乙炔黑粉末，高速搅拌1～3小时，得正极浆料，用拉浆机将该浆料均匀涂覆到厚度为20??m的铝箔集流体上，经150℃真空干燥1.5小时，辊压，裁片成型，焊接上正极极耳。其中：LiCoO2、乙炔黑和聚偏二氟乙烯的质量比为90：5：5。
电池负极的制作：将质量比为95：2：3的人造石墨、碳纤维和丁苯橡胶混合，加去离子水充分搅拌混合均匀，配成负极浆料，用拉浆机将该浆料均匀涂覆到厚度为16??m的铜箔集流体上，经130℃真空干燥1.5小时，辊压，裁片成型，焊接上负极极耳。
复合隔膜为聚乙烯。
将正极、复合隔膜、负极依次叠加，卷绕成电芯，放入电池外壳内，注入电解液并封口进行化成处理得锂离子电池成品。
实施例4
电解液的配制：取重量份为68份的乙烯碳酸酯和二乙基碳酸酯（质量比为1：2.5）混合均匀，缓缓加入重量份为10份的1.0mol/L 的LiPF6，搅拌使充分溶解，再加入重量份为1.2份的六甲基二硅胺烷和碳酸亚乙烯酯（质量比为1:3，即六甲基二硅胺烷0.3份，碳酸亚乙烯酯0.9份），充分搅拌即可。
电池正极的制作：将聚偏二氟乙烯溶解在一定量的N-甲基吡咯烷酮溶剂中制得粘结剂溶液，加入实现混合均匀的LiCoO2和乙炔黑粉末，高速搅拌1～3小时，得正极浆料，用拉浆机将该浆料均匀涂覆到厚度为20??m的铝箔集流体上，经150℃真空干燥1.5小时，辊压，裁片成型，焊接上正极极耳。其中：LiCoO2、乙炔黑和聚偏二氟乙烯的质量比为90：5：5。
电池负极的制作：将质量比为95：2：3的人造石墨、碳纤维和丁苯橡胶混合，加去离子水充分搅拌混合均匀，配成负极浆料，用拉浆机将该浆料均匀涂覆到厚度为16??m的铜箔集流体上，经130℃真空干燥1.5小时，辊压，裁片成型，焊接上负极极耳。
复合隔膜为聚乙烯。
将正极、复合隔膜、负极依次叠加，卷绕成电芯，放入电池外壳内，注入电解液并封口进行化成处理得锂离子电池成品。
实施例5
电解液的配制：取重量份为60份的乙烯碳酸酯和二乙基碳酸酯（质量比为1：3）混合均匀，缓缓加入重量份为10份的1.0mol/L 的LiPF6，搅拌使充分溶解，再加入重量份为2份的六甲基二硅胺烷，充分搅拌即可。
电池正极的制作：将聚偏二氟乙烯溶解在一定量的N-甲基吡咯烷酮溶剂中制得粘结剂溶液，加入实现混合均匀的LiCoO2和乙炔黑粉末，高速搅拌1～3小时，得正极浆料，用拉浆机将该浆料均匀涂覆到厚度为20??m的铝箔集流体上，经150℃真空干燥1.5小时，辊压，裁片成型，焊接上正极极耳。其中：LiCoO2、乙炔黑和聚偏二氟乙烯的质量比为90：5：5。
电池负极的制作：将质量比为95：2：3的人造石墨、碳纤维和丁苯橡胶混合，加去离子水充分搅拌混合均匀，配成负极浆料，用拉浆机将该浆料均匀涂覆到厚度为16??m的铜箔集流体上，经130℃真空干燥1.5小时，辊压，裁片成型，焊接上负极极耳。
复合隔膜为聚乙烯。
将正极、复合隔膜、负极依次叠加，卷绕成电芯，放入电池外壳内，注入电解液并封口进行化成处理得锂离子电池成品。
将上述实施例1、2以及对比例1中的正极、复合隔膜、负极也依次叠加，卷绕成电芯，放入电池外壳内，注入电解液并封口进行化成处理得锂离子电池成品。与上述实施例3、4、5制得的锂离子电池成品一同在室温下进行循环测试，结果如图1所示，由图1可知，在电池循环100次之后，实施例1至5制得的电池的容量均高于对比例，进一步说明了本发明的电解液降低了生产及储存过程中产生的水分和游离酸的含量，提高了电解液的储存稳定性及热稳定性，同时改善了锂离子电池的电化学性能和循环性能。
Claims (7)
1.一种锂离子电池电解液，包括锂盐、有机溶剂和添加剂，其特征在于：所述锂离子电池电解液各组份重量份分别为：锂盐10份，有机溶剂55～80份，添加剂0.4～2份；其中，所述锂盐为LiPF6，所述有机溶剂为乙烯碳酸酯和二乙基碳酸酯，所述添加剂包括六甲基二硅胺烷。
2.如权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于：所述乙烯碳酸酯和二乙基碳酸酯的质量比为1：3～1：2。
3.如权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于：所述LiPF6为1.0mol/L。
4.如权利要求1、2或3所述的锂离子电池电解液，其特征在于：所述添加剂还包括碳酸亚乙烯酯。
5.如权利要求4所述的锂离子电池电解液，其特征在于：所述六甲基二硅胺烷和碳酸亚乙烯酯的质量比为1：3。
6.使用如权利要求1至5中任一项所述的锂离子电池电解液的锂离子电池，其特征在于：所述锂离子电池的正极包括质量比为90：5：5的LiCoO2、乙炔黑和聚偏二氟乙烯；所述锂离子电池的负极包括质量比为95：2：3的人造石墨、碳纤维和丁苯橡胶。
7.如权利要求6所述的锂离子电池，其特征在于：所述锂离子电池使用的复合隔膜为聚丙烯或聚乙烯。
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