CN103779606B - 一种锂离子电池的电解液及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种锂离子电池的电解液，所述电解液由电解质、有机溶剂与添加剂组成，所述添加剂由以下以电解液总重量为基准的成分组成：5-6.5%的4,5-二乙基碳酸亚乙烯酯、0.5-3.5%的4-甲基-5-丙基碳酸亚乙烯酯、3-5.2%的亚硫酸丙烯酯及0.01-0.45%的甲基叔丁基醚。电解液采用四溶剂体系，使得电解液具有合适的介电常数和粘度；加入四种功能添加剂，形成致密稳定的SEI膜，同时改善高温SEI膜在高温下的稳定性，提高了电解液的耐高温性能；电解液电导率较高，可以有效提高磷酸铁锂动力电池的倍率及功率特性；锂离子动力电池在高温状态下储存，容量保持率与容量恢复率高，循环性能优良。

Description

一种锂离子电池的电解液及其应用
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子动力电池的电解液及其应用。
背景技术
锂离子电池由于能量密度大、工作电压高、循环长寿命长、高功率、环境友好等优点，成为目前新能源领域研究的热点。随着锂离子电池的迅猛发展以及电动汽车对大容量锂离子电池的需求，迫切需要开发具有高安全性、高容量、高功率，长寿命及环保的锂离子动力电池。磷酸铁锂动力电池具有工作电压高、比容量高、循环寿命长，价格低廉及环境友好等优点，逐渐在锂离子动力电池市场占据主导地位。
电解液作为电池的重要组成部分，在锂离子电池的正、负极之间起着输送锂离子的作用，号称锂离子电池的“血液”。它对电池的比容量、工作温度范围、循环效率和安全性能等至关重要的作用；选择合适的电解液是获得高能量密度、长循环寿命和安全性良好的锂离子二次电池的关键，因此在开发出满足磷酸铁锂动力电池需求的电解液非常重要；目前磷酸铁锂动力电池存在高温下容量损失迅速，循环性能差，不能满足动力电池经常处于高温（大于45℃）条件下工作的需要；为满足上述需求，开发满足磷酸铁锂动力电池在高温条件下工作的电解液，高温电解液的开发倾向于优化溶剂的组成及加入合适的添加剂，从而提高电解液的耐氧化、耐高温性能，改善磷酸铁锂动力电池在高温下的循环性能。
中国专利公布号CN102324563A，公布日2012年1月18日，名称为锂离子电池电解液及锂离子电池，该申请案公开了锂离子电池电解液以及使用该电解液的锂离子电池，所述电解液各组分重量份分别为：锂盐10份，有机溶剂55-80份，添加剂0.4-2份；其中锂盐为六氟磷酸锂，有机溶剂为乙烯碳酸酯和二乙基碳酸酯，添加剂包括六甲基二硅胺烷。其不足之处在于，锂离子电池在高温环境下容量损失迅速，循环性能差。
发明内容
本发明的目的在于为了解决锂离子电池在高温环境下容量损失迅速，循环性能差的缺陷而提供一种在高温环境下容量保持率高，循环性能好的锂离子电池的电解液。
本发明的另一个目的是提供一种锂离子动力电池的电解液的应用。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种锂离子电池的电解液，所述电解液由电解质、有机溶剂与添加剂组成，所述添加剂由以下以电解液总重量为基准的成分组成：5-6.5%的4,5-二乙基碳酸亚乙烯酯、0.5-3.5%的4-甲基-5-丙基碳酸亚乙烯酯、3-5.2%的亚硫酸丙烯酯及0.01-0.45%的甲基叔丁基醚。在本技术方案中，使用4,5-二乙基碳酸亚乙烯酯、4-甲基-5-丙基碳酸亚、亚硫酸丙烯酯与甲基叔丁基醚作为添加剂，形成了致密稳定的SEI膜，而三种物质的添加改善了高温SEI膜在高温下的稳定性，提高了电解液的耐高温性能。
作为优选，所述电解质为六氟磷酸锂，电解液中电解质的浓度为2.5-3mol/L。在本技术方案中，电解质六氟磷酸锂的浓度为2.5-3mol/L，电解液电导率高，可以有效提高磷酸铁锂动力电池的赔率及功率特性。
作为优选，所述有机溶剂为碳酸乙烯酯，碳酸丙烯酯，碳酸甲乙酯，碳酸二乙酯的混合液，其中，碳酸乙烯酯，碳酸丙烯酯，碳酸甲乙酯，碳酸二乙酯的体积比为2-4:1:3-7:5-10。在本技术方案中，电解液采用四溶剂体系，使得电解液具有合适的介电常数和粘度。
本发明还提供一种锂离子动力电池的电解液的应用，即将本发明的电解液制作成锂离子动力电池，包括正极、负极、隔膜和电解液，电解液为前面所描述的本发明的电解液。
由于本发明的改进在于锂离子动力电池的电解液，因此本发明提供的锂离子动力电池中，正极、负极、隔膜没有特别的限制，本领域普通技术人员完全可以根据现有技术的教导来选择所有可用的正极、负极、隔膜，结合前面对本发明的电解液的描述而实现本发明并达到本发明的目的。
本发明的有益效果：
1.电解液采用四溶剂体系，使得电解液具有合适的介电常数和粘度；加入四种功能添加剂，形成致密稳定的SEI膜，同时改善高温SEI膜在高温下的稳定性，提高了电解液的耐高温性能；电解液锂盐浓度为2.5-3mol/L，电解液电导率较高，可以有效提高磷酸铁锂动力电池的倍率及功率特性；
2.锂离子动力电池在高温状态下储存，容量保持率与容量恢复率高，循环性能优良。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步的解释：
实施例1
电解液的制备：将碳酸乙烯酯，碳酸丙烯酯，碳酸甲乙酯，碳酸二乙酯按体积比2:1:3:5混合，然后向其中加入4,5-二乙基碳酸亚乙烯酯、4-甲基-5-丙基碳酸亚乙烯酯、亚硫酸丙烯酯及甲基叔丁基醚，于55℃加热使其溶解，向其中加入电解质六氟磷酸锂并配成浓度为2.5mol/L的电解液；其中添加剂的单个成分占整个电解液的重量百分比为：4,5-二乙基碳酸亚乙烯酯5%，4-甲基-5-丙基碳酸亚乙烯酯0.5%、亚硫酸丙烯酯3%，甲基叔丁基醚0.01%。
正极的制备：将95克聚偏二氟乙烯（阿托菲纳公司，761#PVDF）溶解在1425克N-甲基-2吡咯烷酮（NMP）溶剂中制得粘结剂溶液，然后向溶液中加入2650克的磷酸铁锂（宁波英特维新材料有限公司），充分混合均匀制得正极浆料，将该正极浆料均匀的涂布到20μm的铝箔上，经130℃干燥2小时，压延后得到正极片。
负极的制备：将30克羟甲基纤维素CMC（江门量子高科公司，型号CMC1500）和75克丁苯橡胶（SBR）胶乳（南通申华化学公司，牌号TAIPOL1500E）溶解在1940克水中，制得粘结剂溶液，将1475克石墨（SODIFF公司商品，牌号为DAG84）加入到该粘结剂溶液中，混合均匀制得石墨负极浆料，将该负极浆料均匀涂布在12μm厚的铜箔上并经130℃干燥1.5小时，压延后得到负极片。
电池的制备：将正、负极片与20μm后的聚丙烯隔膜卷绕成方形锂离子电池电芯，装入电池壳中并进行焊接，随后将前面所制得的电解液注入到电池壳中，密封制成容量为10Ah的锂离子动力电池。
实施例2
电解液的制备：将碳酸乙烯酯，碳酸丙烯酯，碳酸甲乙酯，碳酸二乙酯按体积比3:1:6:6混合，向其中加入4,5-二乙基碳酸亚乙烯酯、4-甲基-5-丙基碳酸亚乙烯酯、亚硫酸丙烯酯及甲基叔丁基醚，于50℃加热使其溶解，然后向其中加入电解质六氟磷酸锂并配成浓度为2.7mol/L的电解液；其中添加剂的单个成分占整个电解液的重量百分比为：4,5-二乙基碳酸亚乙烯酯5.5%、4-甲基-5-丙基碳酸亚乙烯酯2%、亚硫酸丙烯酯4%及甲基叔丁基醚0.25%。
根据实施例1的相同方法采用本实施例制得的电解液制备出容量为10Ah的锂离子动力电池。
实施例3
电解液的制备：将碳酸乙烯酯，碳酸丙烯酯，碳酸甲乙酯，碳酸二乙酯按体积比4:1:7:10混合，向其中加入4,5-二乙基碳酸亚乙烯酯、4-甲基-5-丙基碳酸亚乙烯酯、亚硫酸丙烯酯及甲基叔丁基醚，于60℃加热使其溶解，然后向其中加入电解质六氟磷酸锂并配成浓度为3mol/L的电解液；其中添加剂的单个成分占整个电解液的重量百分比为：4,5-二乙基碳酸亚乙烯酯6.5%、4-甲基-5-丙基碳酸亚乙烯酯3.5%、亚硫酸丙烯酯5.2%及甲基叔丁基醚0.45%。
根据实施例1的相同方法采用本实施例制得的电解液制备出容量为10Ah的锂离子动力电池。
对比例1，与实施例1大致相同，不同之处是不加入添加剂。
对比例2，电解液中电解质的浓度为0.8mol/L，不加入添加剂，其他成分与制作步骤与实施例2相同。
对实施例1-3与对比例1、2进行60℃存储数据测试。
表1是测试数据对比。
表1、测试数据对比
电池编号 初始容量D0 保持容量D1 恢复容量D2 容量保持率D1/D0( %) 容量恢复率D2/D0( %)
实施例1 11309.33 10711.23 10850.53 94.71 95.94
实施例2 11223.35 10566.5 10706.55 94.15 95.4
实施例3 11220.9 10627.7 10737.7 94.72 95.69
对比例1 11351.4 9034.1 9045.4 79.59 79.68
对比例2 11182.1 8551.6 8564.3 76.47 76.6
从表1可以看出，采用本发明的电解液所制得的锂离子动力电池，容量保持率大于94%，容量恢复率大于95%，在高温状态下储存，容量保持率与容量恢复率高。

Claims (3)

1.一种锂离子电池的电解液，其特征在于，所述电解液由电解质、有机溶剂与添加剂组成，所述添加剂由以下以电解液总重量为基准的成分组成：5-6.5%的4,5-二乙基碳酸亚乙烯酯、0.5-3.5%的4-甲基-5-丙基碳酸亚乙烯酯、3-5.2%的亚硫酸丙烯酯及0.01-0.45%的甲基叔丁基醚；所述有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯的混合液，其中，碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯的体积比为2-4:1:3-7:5-10。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池的电解液，其特征在于，所述电解质为六氟磷酸锂，电解液中电解质的浓度为2.5-3mol/L。
3.一种锂离子电池的电解液的应用，其特征在于，所述锂离子电池包含有权利要求1-2之一所述的电解液。
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