CN103996874A - 高温安全性锂离子电池非水电解液 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池非水电解液，该锂离子电池非水电解液能提高电池在高温条件下的安全性，防止电池因过热导致燃烧或爆炸，从而能提高电池容量。本发明包括碳酸酯溶剂、离子液体、锂盐以及添加剂，所述碳酸酯溶剂为环状碳酸酯或链状碳酸酯中的至少一种，其中，按重量份计，所述碳酸酯溶剂为60-100重量份、所述离子液体为30-40重量份、所述添加剂为1-10重量份，所述锂盐在所述非水电解液中的摩尔浓度为0.8-1.5mol/L。本发明通过将离子液体引入常规碳酸酯溶剂中，明显改善电池的高温150°储存的安全性能。

Description

高温安全性锂离子电池非水电解液
技术领域]
本发明涉及一种锂离子电池非水电解液，尤其涉及一种提高电池高温安全性能的锂离子电池非水电解液。
背景技术]
锂离子电池因其具有工作电压高、能量密度高、环境友好、循环稳定、安全等优点，被广泛应用于笔记本电脑、手机、MP4等等各种电子设备中。但随着电子设备的广泛应用，人们对于电池容量的要求也越来越高，这同样对锂离子电池的工作电压和能量密度也提出了更高的要求，非水电解液作为锂电池内离子传导的重要主分，其成分基本稳定，主要为EC、DMC、PC、EMC、DEC 等，随着锂离子电池市场的不断扩大，安全性问题成了制约锂离子电池发展的重要因素，特别是在电动汽车、大规模储能等领域的应用对电池的安全性提出了更高、更新的要求。然而，锂电池电池常用的电解液闪点低，易燃，成为锂离子电池使用过程中的安全隐患。锂离子二次电池过度充放电、短路和大电流长时间工作的情况下放出大量热，这些热量成为易燃电解液的安全隐患，可以造成灾难性热击穿 ( 热失控 ) 甚至电池爆破。
发明内容]
本发明要解决的技术问题是提供一种锂离子电池非水电解液，该锂离子电池非水电解液能提高电池在高温条件下的安全性，防止电池因过热导致燃烧或爆炸，从而能提高电池容量。
    为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：本发明包括碳酸酯溶剂、锂盐以及添加剂，所述碳酸酯溶剂为环状碳酸酯或链状碳酸酯中的至少一种，所述高温安全性锂离子电池非水电解液还包括离子液体，其中，按重量份计，所述碳酸酯溶剂为60-80重量份、所述离子液体为20-40重量份、所述添加剂为1-10重量份，所述锂盐在所述非水电解液中的摩尔浓度为0.8-1.5mol/L。
    优化的，所述的离子液体为1-甲基-3-乙基咪唑六氟磷酸盐、1-甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸盐、1-甲基-3-丁基咪唑六氟磷酸盐、1-甲基-3-丁基咪唑四氟硼酸盐、1-甲基-3-己基咪唑六氟磷酸盐、1-甲基-3-己基咪唑四氟硼酸盐、1，2-ニ甲基-3-乙基咪唑六氟磷酸盐中至少一种。
     优化的，所述环状碳酸酯为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和氟代碳酸乙烯酯或γ-丁内酯中的至少一种。
     优化的，所述链状碳酸酯为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯和碳酸乙丙酯中的至少一种。
     优化的，所述锂盐为LiPF6、LiBF4、LiC104、LiAsF6、LiCF3SO2、LiN (CF3S02)2、LiBOB，LiDFOB、LiPF4C204或LiN (C2F5S02)2中的至少一种。
     优化的，所述添加剂包括碳酸亚乙烯酯、乙烯基碳酸乙烯酯、1，3-丙烷磺酸内酯或氟代磷酸酯中的至少一种。
 本发明的有益效果：本发明通过将常规碳酸酯溶剂与离子液体的联合使用，由于所述离子液体具有导电性好、难挥发、不燃烧、电化学窗口比其它电解质水溶液大得多，将所述离子液体应用于电池可以减轻自放电，所述离子液体可以显著改善电解液高温性能，从而可以明显改善电池的高温热冲击时的安全性能，能有效的避免过度充放电、短路和大电流长时间工作的情况下放出大量热，从而能提高电池的容量。
具体实施方式]
     本发明包括碳酸酯溶剂、锂盐、离子液体以及添加剂，所述碳酸酯溶剂为环状碳酸酯或链状碳酸酯中的至少一种，其中，按重量份计，所述碳酸酯溶剂为60-80重量份、所述离子液体为20-40重量份、所述添加剂为1-10重量份，所述锂盐在所述非水电解液中的摩尔浓度为0.8-1.5mol/L。作为优选方案，所述离子液体为1-甲基-3-乙基咪唑六氟磷酸盐、1-甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸盐、1-甲基-3-丁基咪唑六氟磷酸盐、1-甲基-3-丁基咪唑四氟硼酸盐、1-甲基-3-己基咪唑六氟磷酸盐、1-甲基-3-己基咪唑四氟硼酸盐、1，2-ニ甲基-3-乙基咪唑六氟磷酸盐中至少一种，所述环状碳酸酯为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和氟代碳酸乙烯酯或γ-丁内酯中的至少一种。所述链状碳酸酯为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯和碳酸乙丙酯中的至少一种，所述锂盐为LiPF6、LiBF4、LiC104、LiAsF6、LiCF3SO2、LiN (CF3S02)2、LiBOB，LiDFOB、LiPF4C204或LiN (C2F5S02)2中的至少一种，所述添加剂包括碳酸亚乙烯、乙烯基碳酸乙烯醋、1，3-丙烷磺酸内酯中的至少一种。
    下面结合具体实施例对本发明进行详细说明：
实施例一：
本实施例是在BRAUN手套箱中配制电解液，手套箱中充满纯度为99.999%的氮气，手套箱中水分控制在≤5ppm，温度在室温。将20克所述碳酸乙烯酯、，40克所述碳酸甲乙酯以及40克1-甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸盐混合均匀，密封后放入冰箱中待其冷却至8℃后，转移至手套箱中，然后分两批加入LiPF6充分混合，形成锂盐摩尔浓度为1 mol/L的锂离子电池的非水电解液，在以上非水电解液中加入溶剂总质量1%的碳酸亚乙烯酯、3%的1,3～丙磺酸内酯、1%的三(2,2,2-三氟乙基)亚磷酸酯均匀混合后，得到锂离子非水电解液。
实施例二：
本实施例与实施例大致相同，不同的是，本实施例中采用的是30克碳酸乙烯酯和30克碳酸二乙酯混合均匀后密封、40克1，2-二甲基-3-乙基咪唑六氟磷酸盐混合均匀，密封后放入冰箱中待其冷却至8℃后，转移至手套箱中，然后分两批加入LiPF6充分混合，形成所述锂盐摩尔浓度为1.2mol/L的锂离子电池的非水电解液，在以上非水电解液中加入溶剂总质量2%的碳酸亚乙烯酯、3%的1,3～丙磺酸内酯、3%的三(2,2,2-三氟乙基)磷酸酯均匀混合后，得到锂离子非水电解液。
实施例三：
本实施例与实施例大致相同，不同的是，本实施例是将30克所述碳酸乙烯酯、40克所述碳酸甲乙酯、30克碳酸二乙酯以及40克1-甲基-3-乙基咪唑六氟磷酸盐混合均匀，密封后放入冰箱中待其冷却至8℃后，转移至手套箱中，然后分两批加入LiPF6充分混合，形成锂盐摩尔浓度为1.2mol/L的锂离子电池的非水电解液，在以上非水电解液中加入溶剂总质量3%的碳酸亚乙烯酯、3%的1,3～丙磺酸内酯、5%的三(2,2,2-三氟乙基)甲基磷酸酯均匀混合后，得到锂离子非水电解液。
实施例四：
本实施例与实施例大致相同，不同的是，本实施例是将30克所述碳酸乙烯酯、40克所述碳酸甲乙酯、30克所述碳酸二乙酯以及40克1，2-二甲基-3-乙基咪唑六氟磷酸盐混合均匀，密封后放入冰箱中待其冷却至8℃后，转移至手套箱中，然后分两批加入LiPF6充分混合，形成锂盐摩尔浓度为0.8mol/L的锂离子电池的非水电解液，在以上非水电解液中加入溶剂总质量4%的碳酸亚乙烯酯、3%的1,3～丙磺酸内酯、2%的三(2,2,2-三氟乙基)亚磷酸酯均匀混合后，得到锂离子非水电解液。
实施例五：
本实施例与实施例大致相同，不同的是，本实施例是将30克所述碳酸乙烯酯、40克所述碳酸甲乙酯、30克所述碳酸二乙酯以及40克1，2-二甲基-3-乙基咪唑六氟磷酸盐混合均匀，密封后放入冰箱中待其冷却至8℃后，转移至手套箱中，然后分两批加入LiPF6充分混合，形成锂盐摩尔浓度为1.5mol/L的锂离子电池的非水电解液，在以上非水电解液中加入溶剂总质量2%的碳酸亚乙烯酯、1%的1,3～丙磺酸内酯、1%的三(2,2,2-三氟乙基)磷酸酯均匀混合后，得到锂离子非水电解液。
对比例：
    申请人根据情况选择了5种不同比例的原配方体系进行对比说明，该5中配方体系中不包含本申请公开的离子液体。
表1：实施例1-5的组分含量表
                                                
表2：对比例1-5的组分含量表
本发明的电解液在组装电池后进行了循环性能测试，方法如下：
 以钴酸锂为正极材料，负极采用中间相碳微球，正负极集流体分布为铝箔和铜箔，隔膜采用陶瓷隔膜组成软包电池，注入电解液后，在手套箱中组装成软包电池，静置8小时后进行测试。在室温25℃恒温下分别以1/10C、在3.0V到4.2V进行充放电对电池进行活化，随后的循环均以1C充放电。
如下表3所示，将上述电池在在常温条件下，以0. 5C充电至电压为4. 2V，然后再恒压4. 2V充电，截止电流 (0.05C)，并且保证电池电压在4.20 士 0.02V。然后将电池放在烤箱中，烤箱中有空气流通，烤箱的温度从室温开始，以平均每分钟5°C (3-7°C)的速度升温至150°C，如果没有发生异常则在该温度下维持10min后结束。记录烘烤过程及烘烤结束的电池状态
表3：实施例和对比例循环测试结果
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
 使用本发明以上所述的电解液非水电解液制备得到的高温（150℃）下具有较好的安全性能，并对电池的循环性能没有显著的负面影响。

Claims (6)

1.一种高温安全性锂离子电池非水电解液，它包括碳酸酯溶剂、锂盐以及添加剂，其特征在于：所述碳酸酯溶剂为环状碳酸酯或链状碳酸酯中的至少一种，所述高温安全性锂离子电池非水电解液还包括离子液体，其中，按重量份计，所述碳酸酯溶剂为60-100重量份、所述离子液体为30-40重量份、所述添加剂为1-10重量份，所述锂盐在所述非水电解液中的摩尔浓度为0.8-1.5mol/L。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池的非水电解液，其特征在于：所述的离子液体为1-甲基-3-乙基咪唑六氟磷酸盐、1-甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸盐、1-甲基-3-丁基咪唑六氟磷酸盐、1-甲基-3-丁基咪唑四氟硼酸盐、1-甲基-3-己基咪唑六氟磷酸盐、1-甲基-3-己基咪唑四氟硼酸盐、1，2-二甲基-3-乙基咪唑六氟磷酸盐中至少一种。
3.根据权利要求1所述的高温安全性锂离子电池非水电解液，其特征在于：所述环状碳酸酯为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和氟代碳酸乙烯酯或γ-丁内酯中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的高温安全性锂离子电池非水电解液，其特征在于：所述链状碳酸酯为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯和碳酸乙丙酯中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的高温安全性锂离子电池非水电解液，其特征在于：所述锂盐为LiPF6、LiBF4、LiC104、LiAsF6、LiCF3SO2、LiN (CF3S02)2、LiBOB，LiDFOB、LiPF4C204或LiN (C2F5S02)2中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的高温安全性锂离子电池非水电解液，其特征在于：所述添加剂包括碳酸亚乙烯酯、乙烯基碳酸乙烯酯、1，3-丙烷磺酸内酯或氟代磷酸酯中的至少一种。
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