CN103107357B - 一种倍率型锂离子动力电池电解液及锂离子动力电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种倍率型锂离子动力电池电解液，由六氟磷酸锂LiPF6、双草酸硼酸锂LiBOB和混合溶剂组成，混合溶剂由碳酸乙烯酯EC、碳酸甲乙酯EMC、碳酸二乙酯DEC和氟代碳酸乙烯酯FEC组成。本发明电解液以提高电解液离子传导能力即电导率的方式显著提高了电解液的倍率性能。本发明的电解液具有如下优势：该电解液在25℃环境中，电导率比较高，可以达到10.5-11.8ms/cm；1C放电比容量比较高，克容量可以达到130-150mAh/g。采用本发明提供的电解液制得的5Ah软包锂离子电池1C放电容量达6097mAh。在25℃环境中，12C放电容量为5975mAh，是1C放电容量的98.01％。

Description

一种倍率型锂离子动力电池电解液及锂离子动力电池
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种倍率型锂离子动力电池电解液及其制成的锂离子动力电池。
背景技术
自1991年锂离子电解液开发成功后，锂离子电池很快进入了笔记本电脑、手机等电子信息产品市场，并逐步占据了主导地位。目前锂离子电池电解液产品技术也正处于进一步的发展中。在锂离子电池电解液研究和生产方面，国际上从事锂离子电池专业电解液的研制和开发的公司主要集中在日本、德国、韩国、美国、加拿大等国家，以日本的电解液发展最快，市场份额最大。锂离子电池具有能力密度高、循环寿命长、电压平台高以及无污染等优点，以广泛应用于低倍率放电的手机、数码相机、笔记本电脑以及蓝牙耳机等领域。
锂离子电池电解液是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，它对电池的比容量、工作温度范围、循环效率及安全性能都至关重要。锂离子电池一般由高纯有机溶剂、电解质锂盐和必要的添加剂组成。目前锂离子电池的高功率研究应用已经成为热门领域，电动工具、遥控飞机及汽车等高功率需求产品对锂离子电池的倍率性能提出了更高的要求。目前国内广大电解液生产商主要使用的电解液是LiPF6/EC+DMC+EMC，其中LiPF6的浓度为1mol/L，EC∶DMC∶EMC的质量比为1∶1∶1。该电解液体系具有较好的安全性能和活性物质容量发挥，但倍率性能不够理想，有待进一步提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种倍率型锂离子动力电池电解液。
本发明的目的还在于提供一种锂离子动力电池。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种倍率型锂离子动力电池电解液，由以下成分组成：六氟磷酸锂LiPF6、双草酸硼酸锂LiBOB和混合溶剂，六氟磷酸锂LiPF6的浓度为1mol/l，双草酸硼酸锂LiBOB的浓度为0.2-0.4mol/l；所述混合溶剂由碳酸乙烯酯EC、碳酸甲乙酯EMC、碳酸二乙酯DEC和氟代碳酸乙烯酯FEC组成，其中碳酸乙烯酯EC的重量百分含量为40-50％，碳酸甲乙酯EMC的重量百分含量为20-30％，碳酸二乙酯DEC的重量百分含量为20-30％，氟代碳酸乙烯酯FEC的重量百分含量为3-5％。
所述六氟磷酸锂LiPF6、双草酸硼酸锂LiBOB、碳酸乙烯酯EC、碳酸甲乙酯EMC、碳酸二乙酯DEC和氟代碳酸乙烯酯FEC均为电池级试剂，纯度大于99.95％，水分含量小于10ppm。
一种锂离子动力电池，包括电极组和电解液，所述电极组和电解液密封在电池壳体内，所述电极组包括正极、负极和隔膜，所述电解液由以下成分组成：六氟磷酸锂LiPF6、双草酸硼酸锂LiBOB和混合溶剂，六氟磷酸锂LiPF6的浓度为1mol/l，双草酸硼酸锂LiBOB的浓度为0.2-0.4mol/l；所述混合溶剂由碳酸乙烯酯EC、碳酸甲乙酯EMC、碳酸二乙酯DEC和氟代碳酸乙烯酯FEC组成，其中碳酸乙烯酯EC的重量百分含量为40-50％，碳酸甲乙酯EMC的重量百分含量为20-30％，碳酸二乙酯DEC的重量百分含量为20-30％，氟代碳酸乙烯酯FEC的重量百分含量为3-5％。
锂电池的倍率特性主要由电解液的电导率决定。影响锂电池电解液电导率的主要因素有溶剂的粘度和比介电常数。要得到高电导率的电解液，最好选取介电常数大、粘度低的溶剂。本发明提供的倍率型锂离子动力电池电解液中碳酸乙烯酯EC的粘度(40℃)为1.9mpa.s，介电常数是85.1c/v.m，碳酸甲乙酯EMC的粘度(40℃)为0.65mpa.s，介电常数是2.9c/v.m，碳酸二乙酯DEC的粘度(40℃)为0.59mpa.s，介电常数是3.1c/v.m。本发明提供的倍率型锂离子动力电池电解液以电导率较高的溶剂碳酸乙烯酯EC作为基体部分，在碳酸乙烯酯EC中再加入粘度较低的溶剂碳酸甲乙酯EMC和碳酸二乙酯DEC，使整个溶剂体系保持适当的粘度，具有较高电导率。并进一步通过调整碳酸乙烯酯EC、碳酸甲乙酯EMC、碳酸二乙酯DEC的配比提高了电解液的电导率。双草酸硼酸锂LiBOB的加入可以提高电解液的电导率，同时可以在负极表面形成良好的SEI膜，可以提高电解液的循环性能。氟代碳酸乙烯酯FEC作为添加剂可以提高电解液电导率，还可改善锂离子电池低温放电效率。
本发明提供的倍率型锂离子动力电池电解液以提高电解液离子传导能力即电导率的方式显著提高了电解液的倍率性能。与现有技术相比，本发明的电解液具有如下优势：该电解液在25℃环境中，电导率比较高，可以达到10.5-11.8ms/cm；1C放电比容量比较高，克容量可以达到130-150mAh/g。采用本发明提供的电解液制得的5Ah软包锂离子电池1C放电容量达6097mAh。在25℃环境中，12C放电容量为5975mAh，是1C放电容量的98.01％。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本实施例提供的倍率型锂离子动力电池电解液，由以下成分组成：六氟磷酸锂LiPF6、双草酸硼酸锂LiBOB和混合溶剂，六氟磷酸锂LiPF6的浓度为1mol/l，双草酸硼酸锂LiBOB的浓度为0.4mol/l；混合溶剂由碳酸乙烯酯EC、碳酸甲乙酯EMC、碳酸二乙酯DEC和氟代碳酸乙烯酯FEC组成，其中碳酸乙烯酯EC的重量百分含量为40％，碳酸甲乙酯EMC的重量百分含量为30％，碳酸二乙酯DEC的重量百分含量为25％，氟代碳酸乙烯酯FEC的重量百分含量为5％。
随机抽取20个未注液的1065132电池，于恒温恒湿房中将这20块电池分别注入本实施例提供的电解液，按常规方法将已注液的电池进行老化、化成、除气、封口、分容，制得锂离子电池。
实施例2
本实施例提供的倍率型锂离子动力电池电解液，由以下成分组成：六氟磷酸锂LiPF6、双草酸硼酸锂LiBOB和混合溶剂，六氟磷酸锂LiPF6的浓度为1mol/l，双草酸硼酸锂LiBOB的浓度为0.2mol/l；混合溶剂由碳酸乙烯酯EC、碳酸甲乙酯EMC、碳酸二乙酯DEC和氟代碳酸乙烯酯FEC组成，其中碳酸乙烯酯EC的重量百分含量为50％，碳酸甲乙酯EMC的重量百分含量为20％，碳酸二乙酯DEC的重量百分含量为27％，氟代碳酸乙烯酯FEC的重量百分含量为3％。
随机抽取20个未注液的1065132电池，于恒温恒湿房中将这20块电池分别注入本实施例提供的电解液，按常规方法将已注液的电池进行老化、化成、除气、封口、分容，制得锂离子电池。
实施例3
本实施例提供的倍率型锂离子动力电池电解液，由以下成分组成：六氟磷酸锂LiPF6、双草酸硼酸锂LiBOB和混合溶剂，六氟磷酸锂LiPF6的浓度为1mol/l，双草酸硼酸锂LiBOB的浓度为0.3mol/l；混合溶剂由碳酸乙烯酯EC、碳酸甲乙酯EMC、碳酸二乙酯DEC和氟代碳酸乙烯酯FEC组成，其中碳酸乙烯酯EC的重量百分含量为50％，碳酸甲乙酯EMC的重量百分含量为25％，碳酸二乙酯DEC的重量百分含量为20％，氟代碳酸乙烯酯FEC的重量百分含量为5％。
随机抽取20个未注液的1065132电池，于恒温恒湿房中将这20块电池分别注入本实施例提供的电解液，按常规方法将已注液的电池进行老化、化成、除气、封口、分容，制得锂离子电池。
实施例1-实施例3中使用的原料六氟磷酸锂LiPF6、双草酸硼酸锂LiBOB、碳酸乙烯酯EC、碳酸甲乙酯EMC、碳酸二乙酯DEC和氟代碳酸乙烯酯FEC为电池级试剂，纯度大于99.95％，水分含量小于10ppm。
为便于比较，上述实施例1-3中采用的注液电池均指同一批同型号的电池，所说的同一批是指该批电池的前序生产工艺都一样，而唯一不同的是注液工序中注入的电解液不同。该型号的电池中，负极为复合石墨，正极为磷酸铁锂。
分别测试实施例1-实施例3制作的锂离子电池的倍率性能，测试结果见表1所示。表中所得数据为每个实施例中制得的20个锂离子电池所测数据的平均值。本发明实施例1-3提供的倍率型锂离子动力电池电解液通过改变有机溶剂的配比，加入特殊添加剂FEC提高了电解液的电导率，增加了离子迁移速度，由表1中数据可以看出，在常温状态下以1C电流充满电后，分别以1C、2C、5C、8C、10C、12C的电流放电，8C/1C放电，容量保持率大于98.6％，12C/1C放电，容量保持率大于98％，有效的增强了锂离子电池的倍率性能。采用本发明实施例1-3提供的电解液制得的锂离子电池的倍率性能优异。
表1实施例1-3制得的锂离子电池的倍率性能测试结果

Claims (3)

1.一种倍率型锂离子动力电池电解液，其特征在于，由以下成分组成：六氟磷酸锂LiPF6、双草酸硼酸锂LiBOB和混合溶剂，六氟磷酸锂LiPF6的浓度为1mol/l，双草酸硼酸锂LiBOB的浓度为0.2-0.4mol/l；所述混合溶剂由碳酸乙烯酯EC、碳酸甲乙酯EMC、碳酸二乙酯DEC和氟代碳酸乙烯酯FEC组成，其中碳酸乙烯酯EC的重量百分含量为40-50％，碳酸甲乙酯EMC的重量百分含量为20-30％，碳酸二乙酯DEC的重量百分含量为20-30％，氟代碳酸乙烯酯FEC的重量百分含量为3-5％。
2.根据权利要求1所述的倍率型锂离子动力电池电解液，其特征在于，所述六氟磷酸锂LiPF6、双草酸硼酸锂LiBOB、碳酸乙烯酯EC、碳酸甲乙酯EMC、碳酸二乙酯DEC和氟代碳酸乙烯酯FEC为电池级试剂，纯度大于99.95％，水分含量小于10ppm。
3.一种锂离子动力电池，包括电极组和电解液，所述电极组和电解液密封在电池壳体内，所述电极组包括正极、负极和隔膜，其特征在于，所述电解液为权利要求1或2所述的电解液。
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