CN103107366B - 一种动力锂离子电池电解液及动力锂离子电池 - Google Patents

一种动力锂离子电池电解液及动力锂离子电池 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种动力锂离子电池电解液，由六氟磷酸锂LiPF6和混合溶剂组成，六氟磷酸锂LiPF6的浓度为0.9～1.2mol/L，混合溶剂由碳酸甲乙酯EMC、碳酸丙烯酯PC、碳酸二甲酯DMC、碳酸乙烯酯EC、1，3-丙烷磺酸内酯1，3-PS和碳酸亚乙烯酯VC组成，EMC含量为40～60wt％，PC含量为5～15wt％，DMC含量为10～20wt％，EC含量为20～25wt％，1，3-PS含量为0.5～2wt％，VC含量为0.5～2wt％。本发明提供的动力锂离子电池电解液尤其适用于锰酸锂电池，采用本发明提供的动力锂离子电池电解液制得的锂离子电池高、低温性能优良，能显著改善锰酸锂电池的循环性能。

Description

一种动力锂离子电池电解液及动力锂离子电池
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种动力锂离子电池电解液及采用该电解液的动力锂离子电池。
背景技术
近年来，随着锂电行业的飞速发展，锂离子电池开始陆续进入了电动车及大型移动电源应用领域，但目前铅酸电池仍占据主导地位。锂离子电池正极材料通常为钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂及各类掺杂其它元素的过渡金属氧化物。作为动力电池而言，锰酸锂逐渐发挥出其优势，成为主流的正极材料之一。锂离子电池电解液在锂离子电池中占据很重要的位置，它直接影响锂离子电池的电性能。目前锂离子电池的电解液成分主要电解质盐和溶剂组成，其中溶剂一般采用碳酸酯类混合溶剂如碳酸乙烯酯EC、碳酸丙稀酯PC、碳酸甲乙酯EMC、碳酸二甲酯DMC、碳酸二乙酯DEC等，常用的电解质盐为六氟磷酸锂LiPF6。
锂离子电池具有电压平台高、无记忆性能等优点，得到了广泛应用。但同时锂离子电池的应用范围也受到了一些条件的限制，如应用的环境温度即是其中的重要因素之一。并且目前锰酸锂电池的循环性能也较差，有待进一步改善。
目前电池厂商生产的锂离子电池较多采用LiPF6/EC+DMC+EMC组成的电解液，其中EC、DMC和EMC的体积比为EC∶DMC∶EMC＝1∶1∶1，该电解液体系虽具有较好的安全性能和活性物质容量发挥，但低、高温循环性能不够理想，尤其是用在锰酸锂体系的锂离子电池中时，高温效果表现比较差，已经不能满足动力锂离子电池的需要，有待进一步改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种动力锂离子电池电解液。
本发明的目的还在于提供一种动力锂离子电池。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种动力锂离子电池电解液，由六氟磷酸锂LiPF6和混合溶剂组成，六氟磷酸锂LiPF6的浓度为0.9～1.2mol/L，所述混合溶剂由碳酸甲乙酯EMC、碳酸丙烯酯PC、碳酸二甲酯DMC、碳酸乙烯酯EC、1，3-丙烷磺酸内酯1，3-PS和碳酸亚乙烯酯VC组成，其中碳酸甲乙酯EMC的质量百分含量为40～60％，碳酸丙烯酯PC的质量百分含量为5～15％，碳酸二甲酯DMC的质量百分含量为10～20％，碳酸乙烯酯EC的质量百分含量为20～25％，1，3-丙烷磺酸内酯1，3-PS的质量百分含量为0.5～2％，碳酸亚乙烯酯VC的质量百分含量为0.5～2％。
优选的，六氟磷酸锂LiPF6的浓度为1.0mol/L。
一种动力锂离子电池，包括电极组和动力锂离子电池电解液，所述电极组和动力锂离子电池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，所述动力锂离子电池电解液由六氟磷酸锂LiPF6和混合溶剂组成，六氟磷酸锂LiPF6的浓度为0.9～1.2mol/L，所述混合溶剂由碳酸甲乙酯EMC、碳酸丙烯酯PC、碳酸二甲酯DMC、碳酸乙烯酯EC、1，3-丙烷磺酸内酯1，3-PS和碳酸亚乙烯酯VC组成，其中碳酸甲乙酯EMC的质量百分含量为40～60％，碳酸丙烯酯PC的质量百分含量为5～15％，碳酸二甲酯DMC的质量百分含量为10～20％，碳酸乙烯酯EC的质量百分含量为20～25％，1，3-丙烷磺酸内酯1，3-PS的质量百分含量为0.5～2％，碳酸亚乙烯酯VC的质量百分含量为0.5～2％。
优选的，六氟磷酸锂LiPF6的浓度为1.0mol/L。
本发明提供的动力锂离子电池电解液通过选择特定种类的有机溶剂，其中环状EC具有较高的介电常数和粘度，加入低粘度的链状DMC后，可以改善混合溶剂的离子电导率，提高锂离子电池的充放电性能；PC(熔点-49.2℃、沸点241.7℃、闪点132℃)、EMC(熔点-55℃)具有较低的熔点，可以拓宽混合溶剂的使用温度范围，增加电池的安全性；由于大量PC容易形成溶剂化锂离子导致石墨负极层状结构的破坏，不易在石墨类电极表面形成有效的固体电解质界面(SEI)膜，当PC含量超过50％时，石墨负极将失去作用，因此要限制其加入含量；此外，碳酸亚乙烯酯(VC)是一种含有不饱和双键的环状有机溶剂，在锂离子电池首次充放电中能够形成性能稳定的SEI膜-烷氧基碳酸酯锂，再配合1，3-PS可以形成有效、致密、稳定的且弹性较好的SEI膜；同时VC、1，3-PS的成膜电位均低于以上几种溶剂的成膜电位，从而减少锂离子的损失，增大电池容量，有利于提高锂离子电池的循环寿命。以上各有机溶剂之间配比合理，通过加入的优良的成膜添加剂和高、低温性能添加剂，能充分发挥各个有机溶剂的优点并能相互抑制各自的缺点，使电解液发挥最优的电化学性能，尤其是高、低温性能和循环性能。经检测，用本发明的动力锂离子电池电解液制备的动力锂离子电池的高温55℃、1C放电放出额定容量的98％；低温-20℃、1C放电放出额定容量的77％，-35℃、0.2C放电放出额定容量的52％；常温1C/1C循环300周后，容量保持率大于90％；高温55℃、1C/1C循环100周后，容量保持率大于85％。以上数据说明，采用本发明提供的动力锂离子电池电解液制得的动力锂离子电池高、低温性能优良，动力锂离子电池的循环性能显著改善。
本发明提供的动力锂离子电池电解液尤其适用于锰酸锂电池，采用本发明提供的动力锂离子电池电解液制得的动力锂离子电池高、低温性能优良，并能够显著改善锰酸锂电池的循环性能。
具体实施方式
以下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
本实施例提供的动力锂离子电池电解液，由六氟磷酸锂LiPF6和混合溶剂组成，六氟磷酸锂LiPF6的浓度为0.9mol/L，混合溶剂由碳酸甲乙酯EMC、碳酸丙烯酯PC、碳酸二甲酯DMC、碳酸乙烯酯EC、1，3-丙烷磺酸内酯1，3-PS和碳酸亚乙烯酯VC组成，碳酸甲乙酯EMC的质量百分含量为40％，碳酸丙烯酯PC的质量百分含量为15％，碳酸二甲酯DMC的质量百分含量为20％，碳酸乙烯酯EC的质量百分含量为24％，1，3-丙烷磺酸内酯1，3-PS的质量百分含量为0.5％，碳酸亚乙烯酯VC的质量百分含量为0.5％。
本实施例提供的动力锂离子电池电解液的配制：在密闭环境中将碳酸甲乙酯EMC、碳酸丙烯酯PC、碳酸二甲酯DMC、碳酸乙烯酯EC均匀混合，然后加入六氟磷酸锂LiPF6充分混合，最后加入1，3-丙烷磺酸内酯1，3-PS和碳酸亚乙烯酯VC混合均匀。
随机抽取20个未注液的1665132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动力锂离子电池电解液，按常规方法将已注液的电池进行老化、化成、除气、封口、分容，制得动力锂离子电池。
实施例2
本实施例提供的动力锂离子电池电解液，由六氟磷酸锂LiPF6和混合溶剂组成，六氟磷酸锂LiPF6的浓度为1.0mol/L，混合溶剂由碳酸甲乙酯EMC、碳酸丙烯酯PC、碳酸二甲酯DMC、碳酸乙烯酯EC、1，3-丙烷磺酸内酯1，3-PS和碳酸亚乙烯酯VC组成，碳酸甲乙酯EMC的质量百分含量为60％，碳酸丙烯酯PC的质量百分含量为5％，碳酸二甲酯DMC的质量百分含量为11％，碳酸乙烯酯EC的质量百分含量为20％，1，3-丙烷磺酸内酯1，3-PS的质量百分含量为2％，碳酸亚乙烯酯VC的质量百分含量为2％。
本实施例提供的动力锂离子电池电解液的配制同实施例1。
随机抽取20个未注液的1665132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动力锂离子电池电解液，按常规方法将已注液的电池进行老化、化成、除气、封口、分容，制得动力锂离子电池。
实施例3
本实施例提供的动力锂离子电池电解液，由六氟磷酸锂LiPF6和混合溶剂组成，六氟磷酸锂LiPF6的浓度为1.0mol/L，混合溶剂由碳酸甲乙酯EMC、碳酸丙烯酯PC、碳酸二甲酯DMC、碳酸乙烯酯EC、1，3-丙烷磺酸内酯1，3-PS和碳酸亚乙烯酯VC组成，碳酸甲乙酯EMC的质量百分含量为52％，碳酸丙烯酯PC的质量百分含量为10％，碳酸二甲酯DMC的质量百分含量为10％，碳酸乙烯酯EC的质量百分含量为25％，1，3-丙烷磺酸内酯1，3-PS的质量百分含量为1％，碳酸亚乙烯酯VC的质量百分含量为2％。
本实施例提供的动力锂离子电池电解液的配制同实施例1。
随机抽取20个未注液的1665132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动力锂离子电池电解液，按常规方法将已注液的电池进行老化、化成、除气、封口、分容，制得动力锂离子电池。
实施例4
本实施例提供的动力锂离子电池电解液，由六氟磷酸锂LiPF6和混合溶剂组成，六氟磷酸锂LiPF6的浓度为1.2mol/L，混合溶剂由碳酸甲乙酯EMC、碳酸丙烯酯PC、碳酸二甲酯DMC、碳酸乙烯酯EC、1，3-丙烷磺酸内酯1，3-PS和碳酸亚乙烯酯VC组成，碳酸甲乙酯EMC的质量百分含量为47％，碳酸丙烯酯PC的质量百分含量为10％，碳酸二甲酯DMC的质量百分含量为20％，碳酸乙烯酯EC的质量百分含量为20％，1，3-丙烷磺酸内酯1，3-PS的质量百分含量为2％，碳酸亚乙烯酯VC的质量百分含量为1％。
本实施例提供的动力锂离子电池电解液的配制同实施例1。
随机抽取20个未注液的1665132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动力锂离子电池电解液，按常规方法将已注液的电池进行老化、化成、除气、封口、分容，制得动力锂离子电池。
为便于比较，上述实施例1-4中采用的注液电池均指同一批同型号(1665132S)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，正极为锰酸锂。
将实施例1-实施例4制作的动力锂离子电池分别进行高温55℃、1C放电，-20℃、1C放电，-35℃、0.2C放电，常温(25℃)1C循环测试、高温55℃、1C循环测试，测试结果见表1所示。
表1实施例1-4制得的动力锂离子电池的性能测试结果
测试项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
55℃、1C放电容量保持率 97.6％ 98.3％ 97.8％ 98.1％
-20℃、1C放电容量保持率 72.3％ 77.1％ 77.4％ 73.6％
-20℃、0.2C放电容量保持率 89％ 83％ 89％ 83％
-35℃、0.2C放电容量保持率 52％ 44％ 50％ 42％
25℃、1C 300周循环后的效率 88.7％ 89.5％ 90.1％ 89.2％
55℃、1C 100周循环后的效率 60％ 85％ 64.5％ 81.5％
通过表1的测试结果可以看出，采用本发明提供的动力锂离子电池电解液制得的动力锂离子电池的高、低温性能和循环性能优良。本发明提供的动力锂离子电池电解液值得推广应用。

Claims (2)

1.一种动力锂离子电池电解液，其特征在于，由六氟磷酸锂LiPF6和混合溶剂组成，所述混合溶剂由碳酸甲乙酯EMC、碳酸丙烯酯PC、碳酸二甲酯DMC、碳酸乙烯酯EC、1，3-丙烷磺酸内酯1，3-PS和碳酸亚乙烯酯VC组成，其中碳酸甲乙酯EMC的质量百分含量为40～52％，碳酸丙烯酯PC的质量百分含量为10～15％，碳酸二甲酯DMC的质量百分含量为10～20％，碳酸乙烯酯EC的质量百分含量为20～25％，1，3-丙烷磺酸内酯1，3-PS的质量百分含量为0.5～2％，碳酸亚乙烯酯VC的质量百分含量为0.5～2％；
六氟磷酸锂LiPF6的浓度为1.0mol/L。
2.一种动力锂离子电池，包括电极组和动力锂离子电池电解液，所述电极组和动力锂离子电池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，所述动力锂离子电池电解液为权利要求1所述的电解液。
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