CN103066322B - 一种锂离子电池复合电解质、锂离子电池 - Google Patents

一种锂离子电池复合电解质、锂离子电池 Download PDF

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刘华
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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池复合电解质、锂离子电池，锂离子电池复合电解质，其原料组成及质量份数为：离子液体50~90份；成膜添加剂1~10份；锂盐5~20份；使用本发明锂离子电池电解质制备的锂离子电池电导率高，循环性能好、倍率充放电比容量大、使用温度范围宽，并且安全性优秀。<!--1-->

Description

一种锂离子电池复合电解质、锂离子电池
技术领域
本发明属于化学电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池复合电解质、锂离子电池。
背景技术
锂离子电池的能量密度大、工作电压高，是目前受到广泛关注的储能装置。但传统的有机溶剂碳酸酯类电解液易挥发、易燃，使安全问题成为阻碍锂离子电池发展的关键，此外，有机溶剂电解质的使用温度范围窄、电导率低。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种锂离子电池复合电解质、锂离子电池，使用本发明锂离子电池电解质制备的锂离子电池电导率高，循环性能好、倍率充放电比容量大、使用温度范围宽，并且安全性优秀。
本发明采用的技术方案是：
一种锂离子电池复合电解质，其原料组成及质量份数为：离子液体50~90份；成膜添加剂1~10份；锂盐5~20份；
优选为：离子液体60~90份；成膜添加剂3~8份；锂盐8~17份；
所述的离子液体选自1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺盐[(EMIM)TFSI]、1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺盐[(BMIM)TFSI]、N-甲基-N-丙基哌啶双(三氟甲基磺酰)亚胺盐[PP13TFSI]、N-甲基-N-丙基吡咯烷二(三氟甲基磺酰)亚胺盐[P13TFSI]中的一种或它们的任意的比例混合物；
1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺盐和1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺盐的合成参照(谭晓兰，尹鸽平，马玉林.锂离子电池电解液LiTFSI/EMI-TFSI的性能[J].电池，2010，40（1）：1-5）；
N-甲基-N-丙基哌啶双(三氟甲基磺酰)亚胺盐的合成方法参照(SUNMin-qian(孙敏倩),HUZhi-qiang(胡志强),CAIYing-jun(蔡迎军),DONGTao(董陶),LVXing-mei(吕兴梅)，ApplicationofFilm-formingAdditivesforIonicLiquidBasedElectrolyte[J].TheChineseJournalofProcessEngineeringApr.2012,12(2)：340-344.)；
N-甲基-N-丙基吡咯烷二(三氟甲基磺酰)亚胺盐的合成参照(陈人杰，张海琴，吴锋，离子液体在电池中的应用[J].化学进展,2011,23(0203):366-373)；
所述的成膜添加剂选自碳酸乙烯酯、碳酸丙稀酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸亚乙稀酯中的一种或它们的任意比例的混合物。
所述的锂盐为双（三氟甲基磺酰）亚胺锂、六氟磷酸锂中的一种或它们的任意比例的混合物。
一种锂离子电池，其中含有如上所述的锂离子电池复合电解质。
本发明锂离子电池电解液克服了传统有机溶剂作为锂离子电池电解液时使用温度范围窄的缺点，具有更高的电导率、离子迁移数、倍率充放电比容量，在高温使用时电化学性质稳定，阻燃性好，成膜添加剂的加入能更好的在负极形成SEI膜。
附图说明
图1为实施例1制得的锂离子电池十次循环的电压-电流图；
图2为实施例1制得的锂离子电池十次循环的容量-电压图；
图3为实施例1制得的锂离子电池负极材料形成SEI膜的扫描电镜图片。
具体实施方式
实施例1
一种锂离子电池复合电解质，其原料组成及质量份数为：1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺盐35份、N-甲基-N-丙基哌啶双(三氟甲基磺酰)亚胺盐35份，碳酸乙烯酯1份、碳酸丙稀酯1份、碳酸二乙酯2份、碳酸二甲酯2份、碳酸亚乙稀酯1份，双（三氟甲基磺酰）亚胺锂15份。
采用磷酸铁锂作为正极材料，石墨为负极材料，Celgard2300微孔聚丙烯膜为隔膜按照普通工艺组装CR2032型纽扣式电池。
实施例2
一种锂离子电池复合电解质，其原料组成及质量份数为：1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺盐45份,N-甲基-N-丙基吡咯烷二(三氟甲基磺酰)亚胺盐45份，碳酸乙烯酯4份、碳酸丙稀酯6份，双（三氟甲基磺酰）亚胺锂5份。
电池组装同实施例1
实施例3
一种锂离子电池复合电解质，其原料组成及质量份数为：1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺盐85份，碳酸丙稀酯3份、碳酸亚乙稀酯2份，六氟磷酸锂10份。
电池组装同实施例1
实施例4
一种锂离子电池复合电解质，其原料组成及质量份数为：N-甲基-N-丙基哌啶双(三氟甲基磺酰)亚胺盐77份，碳酸二乙酯2份、碳酸二甲酯3份、碳酸亚乙稀酯3份，六氟磷酸锂3份，双（三氟甲基磺酰）亚胺锂12份。
电池组装同实施例1
实施例5
一种锂离子电池复合电解质，其原料组成及质量份数为：N-甲基-N-丙基哌啶双(三氟甲基磺酰)亚胺盐50份，1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺盐37份，碳酸亚乙稀酯3份，六氟磷酸锂8份。
电池组装同实施例1
实施例6
一种锂离子电池复合电解质，其原料组成及质量份数为：N-甲基-N-丙基吡咯烷二(三氟甲基磺酰)亚胺盐62份，碳酸丙稀酯4份，双（三氟甲基磺酰）亚胺锂15份。
电池组装同实施例1
实施例7
一种锂离子电池复合电解质，其原料组成及质量份数为：N-甲基-N-丙基哌啶双(三氟甲基磺酰)亚胺盐25份，N-甲基-N-丙基哌啶双(三氟甲基磺酰)亚胺盐30份，1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺盐22份，碳酸乙烯酯6份，双（三氟甲基磺酰）亚胺锂16份。
电池组装同实施例1
实施例8
一种锂离子电池复合电解质，其原料组成及质量份数为：N-甲基-N-丙基哌啶双(三氟甲基磺酰)亚胺盐20份，N-甲基-N-丙基哌啶双(三氟甲基磺酰)亚胺盐10份，1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺盐10份，1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺盐10份，碳酸丙稀酯2份，双（三氟甲基磺酰）亚胺锂10份，六氟磷酸锂10份。
电池组装同实施例1。
图1、图2、图3分别为实施例1制得的锂离子电池在0.2C倍率下十次循环的电压-电流图、容量-电压图和复合电解质与负极形成SEI膜的扫描电镜图片。由图1可知使用本发明锂离子电池复合电解质制得的电池的使用电压范围较宽，为2.5V~4.2V，且电压和电流稳定。由图2可知使用本发明锂离子电池复合电解质制得的电池具有较高的循环充放电性能，并且具有较强的循环可逆性。由图3可知这种复合离子液体型锂离子电池电解质与负极材料可以更好地形成SEI膜，匹配性更优异。
表1为各实施例锂离子电池复合电解质及用其制得的电池的电化学性能数据，从测试结果可以看出锂离子电池复合电解质具有高的电导率和离子迁移数，制得的电池具有优异的充放电性能。
表2为各实施例锂离子电池电解液的可燃性试验数据，从测试结果可以看出锂离子电池复合电解质具有不可燃的优点，充分说明这种新型离子液体基锂离子电池复合电解质具有高的安全性。
表1各实施例锂离子电池电解液及用其制得的电池的电化学性能数据
表2锂离子电池电解液的可燃性试验数据

Claims (2)

1.一种锂离子电池复合电解质，其原料组成及质量份数为：1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺盐35份、N-甲基-N-丙基哌啶双(三氟甲基磺酰)亚胺盐35份，碳酸乙烯酯1份、碳酸丙稀酯1份、碳酸二乙酯2份、碳酸二甲酯2份、碳酸亚乙稀酯1份，双（三氟甲基磺酰）亚胺锂15份。
2.一种锂离子电池，其中含有权利要求1所述的锂离子电池复合电解质。
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