CN106329000A

CN106329000A - 一种锂二硫化铁电池的电解液及其电池

Info

Publication number: CN106329000A
Application number: CN201610870950.9A
Authority: CN
Inventors: 薛建军; 刘治华; 尹鸿章; 邝子朋
Original assignee: Guangzhou Great Power Energy & Technology Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Great Power Energy & Technology Co Ltd
Priority date: 2016-09-30
Filing date: 2016-09-30
Publication date: 2017-01-11
Anticipated expiration: 2036-09-30
Also published as: CN106329000B

Abstract

本发明提供了一种锂二硫化铁电池的电解液，其包括电解质和有机溶剂，所述电解质由高氯酸锂和碘化锂组成，所述高氯酸锂的浓度为0.1~0.8 mol/L；所述高氯酸锂的浓度大于所述碘化锂的浓度；所述有机溶剂由以下体积百分数的组分组成：乙二醇二甲醚10%~90%、1,3‑二氧戊环90%~10%。所述的电解液通过合理搭配高氯酸锂与碘化锂，并限定了溶剂的种类及用量之比，有效解决高氯酸锂电解液的安全性能问题，其成本低，由其所制备的锂二硫化铁电池的电化学性能及安全性能良好。

Description

一种锂二硫化铁电池的电解液及其电池

技术领域

本发明涉及锂电池领域，更具体地，涉及一种锂二硫化铁电池的电解液及其电池。

背景技术

锂-二硫化铁电池以二硫化铁为正极活性物质，金属锂为电池负极。锂二硫化铁电池工作电压1.5V，适合使用于正常1.5V用电器具。且其具有比能量高，储存时间长，优良的倍率性能与低温性能等优点，替代碱性电池使用的同时能更好兼顾其他需要大负载电池和低温环境下使用的电池。目前主要适用于照相机闪光灯，电动牙刷，电动剃须刀，MP3，助听器，各种医疗器具，军事通讯器具等等。

现有市面上的锂二硫化铁电池电解液主要采用的锂盐为碘化锂或双三氟甲烷磺酰亚胺锂，但碘化锂与双三氟甲烷磺酰亚胺锂的成本昂贵，且碘化锂在电解液中并不稳定。而高氯酸锂的价格相对较低，实验室里也有用高氯酸锂作电解质，但因为使用高氯酸锂的电池的高温性能不好，受撞击容易爆炸，用于电池中的安全性不好，不适合锂离子电池的工业化大规模使用。为了降低锂二硫化铁电池的成本，需要开发出一种安全的、以高氯酸锂作为主要电解质的电解液。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以高氯酸锂作为主要电解质的锂二硫化铁电池的电解液，所述电解液的电池性能和安全性能良好。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种锂二硫化铁电池的电解液，包括电解质和有机溶剂，所述电解质由高氯酸锂和碘化锂组成，所述高氯酸锂的浓度为0.1~0.8 mol/L；所述高氯酸锂的浓度大于所述碘化锂的浓度；所述有机溶剂由以下体积百分数的组分组成：乙二醇二甲醚 10%~90%、1,3-二氧戊环90%~10%。

为了以高氯酸锂作为主要的电解质，本发明通过将高氯酸锂与碘化锂进行合理的搭配，并限定了溶剂的种类及用量之比，有效解决高氯酸锂电解液的安全性能问题。

优选地，所述碘化锂的浓度为0.01~0.5mol/L。

优选地，所述高氯酸锂的浓度为0.5~0.8 mol/L；所述碘化锂的浓度为0.1~0.5mol/L。

在保证安全性能的前提下，为了提高所制备电池的电学性能，优选地，所述高氯酸锂与碘化锂的浓度之比为2~7：1。

优选地，所述有机溶剂由以下体积之比的组分组成：乙二醇二甲醚 30%~70%、1,3-二氧戊环 70%~30%。

为了进一步改性电池的电学性能。优选地，所述电解液还可以添加一些添加剂，所述添加剂选自碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、四氢呋喃、2—甲基四氢呋喃、乙腈、二甲基酰胺、三苯磷酸酯、γ—丁内酯中的一种或一种以上的组合。

本发明的另一个目的是，提供一种锂二硫化铁电池，所述锂二硫化铁电池包括上述电解液和正极片，所述正极片优选但不限于由以下重量份数的组分组成：二硫化铁50~99wt%、粘结剂 0.25~25wt%、导电剂 0.25~25wt%、正极添加剂 0.4~10%。

将上述正极片、负极（金属锂）、隔膜和电解液组装形成锂二硫化铁。

更优选地，所述正极片由以下重量份数的组分组成：二硫化铁95 wt%；粘结剂 1wt%；导电剂 3 wt%；添加剂 1%。

进一地，所述粘结剂为羧甲基纤维素（CMC）、聚四氟乙烯（PTFE）、聚偏氟乙烯（PVDF）中的一种或多种的组合。

进一地，所述导电剂为金属粉末、碳黑、乙炔黑、导电石墨中的一种或几种的组合。

上述正极片的制备方法可参考现有技术，具体来说，可采用以下步骤制备：将上述二硫化铁、粘结剂、导电剂、添加剂等材料混匀打浆，然后将混匀浆料按照一定的面密度涂覆于集流体上，通过烘烤、裁剪后，制得相应规格型号的正极片。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明所述的电解液通过合理搭配高氯酸锂与碘化锂，并限定了溶剂的种类及用量之比，有效解决高氯酸锂电解液的安全性能问题，其成本低，由其所制备的锂二硫化铁电池的电化学性能及安全性能良好。

附图说明

图1为实施例1所述锂二硫化铁电池的恒电流放电图。

具体实施方式

通过以下具体实施例进一步详细说明本发明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明，可以在本发明权利限定的范围内进行各种改变。

实施例1

电解液

一种锂二硫化铁电池的电解液，包括电解质和有机溶剂，电解质由高氯酸锂和碘化锂组成，高氯酸锂的浓度为0.5 mol/L；碘化锂的浓度为0.25 mol/L；所述有机溶剂由以下体积百分数的组分组成：乙二醇二甲醚 50%、1,3-二氧戊环 50%。

锂二硫化铁电池的制备

采用上述电解液制备锂二硫化铁电池，其中正极采用由以下重量份数的组分组成：二硫化铁95 wt%；粘结剂 1wt%；导电剂 3wt%；正极添加剂 1%。粘结剂包括为CMC、PTFE、PVDF的组合。导电剂为乙炔黑和导电石墨的组合。

实施例2

电解液

一种锂二硫化铁电池的电解液，包括电解质和有机溶剂，电解质由高氯酸锂和碘化锂组成，高氯酸锂的浓度为0.5 mol/L；碘化锂的浓度为0.25 mol/L；所述有机溶剂由以下体积百分数的组分组成：乙二醇二甲醚30%、1,3-二氧戊环 70%。

锂二硫化铁电池的制备与实施例1相同。

实施例3

电解液

一种锂二硫化铁电池的电解液，包括电解质和有机溶剂，电解质由高氯酸锂和碘化锂组成，高氯酸锂的浓度为0.7 mol/L；碘化锂的浓度为0.1 mol/L；所述有机溶剂由以下体积百分数的组分组成：乙二醇二甲醚70%、1,3-二氧戊环 30%。

锂二硫化铁电池的制备与实施例1相同。

实施例4

电解液

一种锂二硫化铁电池的电解液，包括电解质和有机溶剂，电解质由高氯酸锂和碘化锂组成，高氯酸锂的浓度为0.8 mol/L；碘化锂的浓度为0.5 mol/L；所述有机溶剂由以下体积百分数的组分组成：乙二醇二甲醚 50%、1,3-二氧戊环 50%。

锂二硫化铁电池的制备与实施例1相同。

实施例5

电解液

一种锂二硫化铁电池的电解液，包括电解质和有机溶剂，电解质由高氯酸锂和碘化锂组成，高氯酸锂的浓度为0.5 mol/L；碘化锂的浓度为0.25 mol/L；所述有机溶剂由以下体积百分数的组分组成：乙二醇二甲醚 90%、1,3-二氧戊环 10%。

锂二硫化铁电池的制备与实施例1相同。

实施例6

电解液

一种锂二硫化铁电池的电解液，包括电解质和有机溶剂，电解质由高氯酸锂和碘化锂组成，高氯酸锂的浓度为0.5 mol/L；碘化锂的浓度为0.25 mol/L；所述有机溶剂由以下体积百分数的组分组成：乙二醇二甲醚 10%、1,3-二氧戊环 90%。

锂二硫化铁电池的制备与实施例1相同。

对比例1

电解液

一种锂二硫化铁电池的电解液，包括电解质和有机溶剂，电解质由高氯酸锂和碘化锂组成，高氯酸锂的浓度为0.5 mol/L；所述有机溶剂由以下体积百分数的组分组成：乙二醇二甲醚 50%、1,3-二氧戊环 50%。

锂二硫化铁电池的制备与实施例1相同。

对比例2

电解液

一种锂二硫化铁电池的电解液，包括电解质和有机溶剂，电解质由高氯酸锂和碘化锂组成，高氯酸锂的浓度为0.5 mol/L；碘化锂的浓度为0.25 mol/L；所述有机溶剂只采用1,3-二氧戊环。

锂二硫化铁电池的制备与实施例1相同。

对比例3

电解液

一种锂二硫化铁电池的电解液，包括电解质和有机溶剂，电解质由高氯酸锂和碘化锂组成，高氯酸锂的浓度为0.5 mol/L；碘化锂的浓度为0.25 mol/L；所述有机溶剂只采用乙二醇二甲醚。

锂二硫化铁电池的制备与实施例1相同。

测试

对上述各实施例及对比例所制备得到的锂二硫化铁电池进行各项安全性测试，其包括高空低压模拟、热循环、外部短路、冲击、强制放电、非正常充电、跌落、热滥用、过放。安全性测试均在UL1642锂电池安全标准的条件下进行。

测试结果如下表1。

表1 安全性能测试

测试项目	测试结果
		高空低压模拟	实施例1~6通过测试，对比例1~3不通过测试
热循环	实施例1~6通过测试，对比例1~3不通过测试
		外部短路	实施例1~6通过测试，对比例1~3不通过测试
冲击	实施例1~6通过测试，对比例1~3不通过测试
		强制放电	实施例1~6通过测试，对比例1~3不通过测试
非正常充电	实施例1~6通过测试，对比例1~3不通过测试
		跌落	实施例1~6通过测试，对比例1~3不通过测试
热滥用	实施例1~6通过测试，对比例1~3不通过测试
		过放	实施例1~6通过测试，对比例1~3不通过测试

对各实施例和对比例所制备得到的电池在室温条件下进行恒电流放电测试。其中，实施例1所制备得到的电池的测试结果如图1所示，当放电电流为2000mA时，放电容量2776mAh，电压平台约为1.15V；当放电电流为1000mA时，放电容量2870mAh，放电平台约为1.30V；当放电电流为300mA时，放电容量2932mAh，放电平台约为1.35V。结果表明，实施例1所制备的锂二硫化铁电池放电容量大，大电流放电平台高，适合于大倍率放电。

实施例2的测试结果为：当放电电流为1000　mA时，放电容量2796　mAh，电压平台约为1.32 V。

实施例3的测试结果为：当放电电流为1000　mA时，放电容量2877　mAh，电压平台约为1.30 V。

实施例4的测试结果为：当放电电流为1000　mA时，放电容量2904　mAh，电压平台约为1.37 V。

实施例5的测试结果为：当放电电流为1000　mA时，放电容量2543　mAh，电压平台约为1.22 V。

实施例6的测试结果为：当放电电流为1000　mA时，放电容量2432　mAh，电压平台约为1.23 V。

对比例1的测试结果为：当放电电流为1000　mA时，放电容量1976　mAh，电压平台约为1.17 V。

对比例2的测试结果为：当放电电流为1000　mA时，放电容量1632　mAh，电压平台约为1.08 V。

对比例3的测试结果为：当放电电流为1000　mA时，放电容量1724　mAh，电压平台约为1.11 V。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种锂二硫化铁电池的电解液，包括电解质和有机溶剂，其特征在于，所述电解质由高氯酸锂和碘化锂组成，所述高氯酸锂的浓度为0.1~0.8 mol/L；所述高氯酸锂的浓度大于所述碘化锂的浓度；所述有机溶剂由以下体积百分数的组分组成：乙二醇二甲醚 10%~90%，1,3-二氧戊环 90%~10%。

2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述碘化锂的浓度为0.01~0.5mol/L。

3.根据权利要求1或2所述的电解液，其特征在于，所述高氯酸锂与碘化锂的浓度之比为2~7：1。

4. 根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述有机溶剂由以下体积之比的组分组成：乙二醇二甲醚 30%~70%、1,3-二氧戊环 70%~30%。

5.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述电解液还包括添加剂，所述添加剂选自碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、四氢呋喃、2—甲基四氢呋喃、乙腈、二甲基酰胺、三苯磷酸酯、γ—丁内酯中的一种或一种以上的组合。

6.一种锂二硫化铁电池，包括电解液和正极片，其特征在于，所述电解液为权利要求1~5任一项所述的电解液。

7. 根据权利要求6所述的锂二硫化铁电池，其特征在于，所述正极片由以下重量百分数的组分组成：二硫化铁50~99 wt%、粘结剂 0.25~25wt%、导电剂 0.25~25wt%、正极添加剂0.4~10%。

8.根据权利要求7所述的锂二硫化铁电池，其特征在于，所述粘结剂为羧甲基纤维素（CMC）、聚四氟乙烯（PTFE）、聚偏氟乙烯（PVDF）中的一种或多种的组合。

9.根据权利要求7所述的锂二硫化铁电池，其特征在于，所述导电剂为金属粉末、碳黑、乙炔黑、导电石墨中的一种或几种的组合。

10.根据权利要求7所述的锂二硫化铁电池，其特征在于，所述正极添加剂为碳酸钙、氯化钙、氧化钙、二氧化硅、硝酸锂、碳酸锂、氧化镁中的一种或多种的组合。