CN102709590A - 一种新型锂离子电池及电解液 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型锂离子电池及电解液，该新型锂离子电池包括正极、负极、隔膜和电解液，所述电解液采用高氯酸锂、双乙二酸硼酸锂和溶剂混合而成，溶剂包括碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、四甲氧基丙烷，高氯酸锂、双乙二酸硼酸锂的重量比在1∶8～8∶1之间，、高氯酸锂(LiClO4)和双乙二酸硼酸锂(LiBOB)混合后所形成的复合盐的浓度为1～1.2摩尔/升，四甲氧基丙烷占高氯酸锂(LiClO4)双、乙二酸硼酸锂(LiBOB)、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯混合物总重量1％～2％。本发明的技术方案具有在-50℃的环境中也能正常工作且性能平稳、循环指标优良的特点。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种新型锂离子电池及电解液，尤其是涉及一种超低温放电的新型锂离子电池及电解液。
背景技术
随着人们生活水平的提高，手机、手提电脑、数码相机和摄像机等电子产品也逐步走进人们的生活与工作中。而在这些高科技消费品中，无论是从技术角度评估还是从价格方面的考虑，电池都占有十分重要的地位。时值今日，市场上正在销售的大多数电子产品中，所使用的电池已经基本完成了从镍电池到锂电池的过渡。产业化锂离子电池(Lithium IonBattery，简称LIB)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，也是未来电动交通工具使用的理想电源。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术所存在的上述不足，而提供一种能低温放电且性能平稳、循环指标优良的超低温放电的新型锂离子电池及电解液。
其技术方案为：
一种新型锂离子电池的电解液，采用高氯酸锂和双乙二酸硼酸锂和溶剂混合而成，所述溶剂包括碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、四甲氧基丙烷，高氯酸锂和双乙二酸硼酸锂的重量比在1∶8～8∶1之间，高氯酸锂和双乙二酸硼酸锂混合后所形成的复合盐的浓度为1～1.2摩尔/升，四甲氧基丙烷占高氯酸锂、双乙二酸硼酸锂、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯混合物总重量1％～2％。
进一步优选，所述碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、四甲氧基丙烷之间的比例为4∶4∶4∶1，高氯酸锂和双乙二酸硼酸锂之间的比例为1∶3，高氯酸锂和双乙二酸硼酸锂所形成的复合盐的浓度为1.0摩尔/升。
一种包含权利要求1所述的新型锂离子电池的电解液的锂离子电池，包括正极、负极、隔膜和所述电解液，所述正极采用过渡金属嵌锂化合物，负极采用碳材料，隔膜采用多孔聚烯烃化合物。
本发明的有益效果：
与现有技术相比，本发明的技术方案具有在-50℃的环境中也能正常工作且性能平稳、循环指标优良的优点。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的方法作进一步详细地说明。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种新型锂离子电池的电解液，采用采用高氯酸锂和双乙二酸硼酸锂和溶剂混合而成，溶剂包括碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、四甲氧基丙烷，高氯酸锂和双乙二酸硼酸锂的重量比在1∶8～8∶1之间，高氯酸锂(LiClO4)和双乙二酸硼酸锂(LiBOB)混合后所形成的复合盐的浓度为1～1.2摩尔/升，四甲氧基丙烷占高氯酸锂(LiClO4)、双乙二酸硼酸锂(LiBOB)、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯混合物总重量1％～2％。
进一步优选，所述碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、四甲氧基丙烷之间的比例为4∶4∶4∶1，高氯酸锂(LiClO4)和双乙二酸硼酸锂(LiBOB)之间的比例为1∶3，高氯酸锂(LiClO4)和双乙二酸硼酸锂(LiBOB)所形成的复合盐的浓度为1.0摩尔/升。
本发明还提供了包含本发明所述新型锂离子电池的锂离子电池，包括正极、负极、隔膜和所述电解液，所述正极采用过渡金属嵌锂化合物，负极采用碳材料，隔膜采用多孔聚烯烃化合物。
本发明公开了一种在-50℃的环境中也能正常工作且性能平稳性能平稳、循环指标优良的锂离子电池的电解液以及相应的二次锂离子电池，所述二次锂离子电池采用上述的电解液，包含正极活性物质的正极，包含负极活性物质的负极，及置于负极和正极之间的隔膜与容纳上述部件用的外壳。
本发明实施例能低温放电的锂离子电池包括正极、负极、隔膜和所述电解液，其电解液采用高氯酸锂和双乙二酸硼酸锂和溶剂混合而成，溶剂包括碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、四甲氧基丙烷，高氯酸锂和双乙二酸硼酸锂的重量比在1∶8～8∶1之间，高氯酸锂(LiClO4)和双乙二酸硼酸锂(LiBOB)混合后所形成的复合盐的浓度为1～1.2摩尔/升，碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯之间成比例，四甲氧基丙烷占高氯酸锂(LiClO4)、双乙二酸硼酸锂(LiBOB)、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯混合物(以下该五种物质的混合物简称混合物)总重量1％～2％。碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯之间成比例可任意调整。
本发明实施例的正极采用过渡金属嵌锂化合物制成，负极采用碳材料制成，隔膜采用多孔聚烯烃化合物制成。
本发明实施例的常用配比为：：所述碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、四甲氧基丙烷之间的比例为4∶4∶4∶1，高氯酸锂(LiClO4)和双乙二酸硼酸锂(LiBOB)之间的比例为1∶3，高氯酸锂(LiClO4)和双乙二酸硼酸锂(LiBOB)所形成的复合盐的浓度为1.0摩尔/升。
实施例1：
将正极活性物质磷酸铁锂、粘结剂聚四氟乙烯(PTFE)和导电剂碳结合。这些化合物以30∶1∶2的质量比分散在作为溶剂的四氢呋喃中，形成正极活性物质的浆料。将所述浆料涂布到18um厚的铝箔上，干燥并辊压形成正极。
将人造石墨制成的负极活性物质悬浮分散在羟丙基甲基纤维素(HPMC)水溶液中。将丁苯橡胶加入其中作为粘合剂，从而形成负极活性物质的浆料。所述浆料涂布到14um厚的铝箔上，干燥并辊压形成正极。
将正极和负极与厚度为26um的聚乙烯隔膜一起卷绕或叠合形成电芯体。然后将所得的电芯体装入金属容器或铝塑复合外壳中。然后，将电解液加入容器中，封口后形成可充电锂电池。
电解液通过下列方法制备：加入复合盐浓度为1.0摩尔/升，比例为高氯酸锂(LiClO4)∶双乙二酸硼酸锂(LiBOB)＝1∶2。将上述比例与浓度的复合盐加入到包括质量比为EMC∶DEC∶PC＝1∶1∶1的碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯的混合溶剂中。此外，再加入基于混合物总质量1％的四甲氧基丙烷。
实施例2：
重复实施例1，所不同的是，加入浓度为1.0摩尔/升复合盐，比例为高氯酸锂(LiClO4)∶双乙二酸硼酸锂(LiBOB)＝1∶6。
实施例3：
重复实施例1，所不同的是，加入浓度为1.0摩尔/升复合盐，比例为高氯酸锂(LiClO4)∶双乙二酸硼酸锂(LiBOB)＝1∶8。
实施例4：
重复实施例1，所不同的是，加入浓度为1.0摩尔/升复合盐，比例为高氯酸锂(LiClO4)∶双乙二酸硼酸锂(LiBOB)＝1∶8。此外，基于混合物的重量，分别向混合物中加入1.5％的四甲氧基丙烷。
实施例5：
重复实施例1，所不同的是，加入浓度为1.0摩尔/升复合盐，比例为高氯酸锂(LiClO4)∶双乙二酸硼酸锂(LiBOB)＝1∶8。此外，基于混合物的重量，分别向混合物中加入2.0％的四甲氧基丙烷
实施例6：
重复实施例1，所不同的是，加入浓度为1.2摩尔/升复合盐，比例为高氯酸锂(LiClO4)∶双乙二酸硼酸锂(LiBOB)＝1∶8。
实施例7：
重复实施例1，所不同的是，加入浓度为1.1摩尔/升复合盐，比例为高氯酸锂(LiClO4)∶双乙二酸硼酸锂(LiBOB)＝1∶8。
对比例1：
重复实施例1，所不同的是，没有向所述混合物加入双乙二酸硼酸锂(LiBOB)与四甲氧基丙烷。
对比例2：
重复实施例4，所不同的是，没有向所述混合物加入四甲氧基丙烷.
对比例3：
重复实施例4，所不同的是，没有向所述混合物加入双乙二酸硼酸锂(LiBOB).
低温放电试验进行如下：
在1C/4.2V的恒流恒压(CC/CV)条件和室温25℃环境下，经过0.1C截止电流对每块电池充电，在25℃下并以0.2C/2.8V截止放电。然后放入-50℃的低温箱中静置4～5小时，再以0.2C/2.8V截止放电。通过公式计算在-50℃超低温放电容量率(％)：【(-50℃得放电容量)/(25℃放电容量)】×100％。
循环寿命试验进行如下：
在1C/4.2V的恒流恒压(CC/CV)条件和室温25℃环境下，对每块电池经过0.1C截止电流充电和1C/3.1V截止放电。通过公式计算每个循环的容量保持率(％)：【(在特定循环的放电容量)/(第一次循环的放电容量)】×100％。
表1
LiBOB虽不含弗离子及芳环，但仍具有较好的热稳定性及较宽的电化学窗口，并在与有机溶剂所组成电解液中表现出良好的电导率。其原因可能是阴离子结构中的电子离域作用。同时，LiBOB对电极材料稳定，尤其是能在负极表面形成稳定和致密的固体电解质界面膜。(SEI).
如表1所示，具有合适的双乙二酸硼酸锂(LiBOB)含量和四甲氧基丙烷含量，其新型锂离子电池的低温放电容量与循环容量保持率等综合性能较好。
表2
如表2所示，由于膜形成所需的不可逆容量的缺少及导电率低的原因，在对比例1和对比例2中没有四甲氧基丙烷。所以放电性能不如实施例4中的放电性能。
由于膜形成所需的不可逆容量的缺少及导电率低的原因，在对比例3中没有双乙二酸硼酸锂。所以放电性能不如实施例4中的放电性能。
Claims (3)
1.一种新型锂离子电池的电解液，其特征在于，采用高氯酸锂和双乙二酸硼酸锂和溶剂混合而成，所述溶剂包括碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、四甲氧基丙烷，高氯酸锂和双乙二酸硼酸锂的重量比在1∶8～8∶1之间，高氯酸锂和双乙二酸硼酸锂混合后所形成的复合盐的浓度为1～1.2摩尔/升，四甲氧基丙烷占高氯酸锂、双乙二酸硼酸锂、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯混合物总重量1％～2％。
2.根据权利要求1所述的新型锂离子电池的电解液，其特征在于，所述碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、四甲氧基丙烷之间的比例为4∶4∶4∶1，高氯酸锂和双乙二酸硼酸锂之间的比例为1∶3，高氯酸锂和双乙二酸硼酸锂所形成的复合盐的浓度为1.0摩尔/升。
3.一种包含权利要求1所述的新型锂离子电池的电解液的锂离子电池，包括正极、负极、隔膜和所述电解液，其特征在于，所述正极采用过渡金属嵌锂化合物，负极采用碳材料，隔膜采用多孔聚烯烃化合物。
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