CN109994775A - 一种锂电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种锂电池，包括正极、负极和非水电解液，所述的正极包括正极活性物质和集流体，所述的非水电解液包括锂盐和有机溶剂，所述的集流体为不锈钢，所述的锂盐包括占所述的非水电解液总质量2~30%的双（三氟甲基磺酰）亚胺锂和/或双氟磺酰亚胺锂、占所述的非水电解液总质量0.2~3%的二氟草酸硼酸锂。本发明通过向电解液中添加二氟草酸硼酸锂，能够很好的抑制双（三氟甲基磺酰）亚胺锂和/或双氟磺酰亚胺锂对不锈钢集流体的腐蚀，从而为双（三氟甲基磺酰）亚胺锂和双氟磺酰亚胺锂的使用提供了条件。

Description

一种锂电池
技术领域
本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种锂电池。
背景技术
近年来，具备高能量密度优点的锂电池在市场中对传统的电池体系(碱锰电池、铅酸电池及镍氢电池等)形成了很大的挑战。按照能否进行充放电循环，锂电池可分为锂一次电池和锂二次电池。其中，锂一次电池广泛应用于智能仪表、遥控器、计算器、电子标签等领域，锂二次电池主要应用于数码产品、电动工具、电动汽车、电网储能等领域。
锂电池主要由正极、负极、隔膜和电解液组成。电解液作为电化学反应的介质，对电池的性能有着重要影响。
电解液主要由锂盐和溶剂组成。其中，常用的锂盐的有六氟磷酸锂、高氯酸锂、含氟磺酰亚胺锂等等。六氟磷酸锂或高氯酸锂作为锂盐，两者均存在一些缺点。六氟磷酸锂对水分非常敏感，在微量水的作用下形成HF，会对电池内的零件产生腐蚀，并且HF能与锂反应生成LiF，覆盖在电极表面，造成电池内阻增大等不良后果。高氯酸锂热稳定性差，安全性能不佳，并且由于不符合欧盟针对电子产品制定的无卤标准(Cl<900ppm，Br<900ppm，Cl+Br<1500ppm)，其使用受到日益严格的限制。含氟磺酰亚胺锂主要有双(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiTFSI)和双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)等，这两种锂盐具有较好的化学稳定性和热稳定性，在常用的非水溶剂如碳酸酯溶剂、醚类溶剂中具有良好的溶解性，且得到的电解液具有较高的电导率和锂离子迁移数，但缺点是在电压高于一定值时，会对集流体造成腐蚀。
专利文献CN102280664B公开了通过添加高氯酸锂抑制LiFSI对集流体铝箔的腐蚀。专利文献CN103682443B公开了通过一种或多种腐蚀抑制剂来抑制LiFSI对集流体铝箔的腐蚀。
专利文献CN106450365A公开了通过添加LiBOB抑制LiTFSI对集流体铝箔的腐蚀。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够抑制双(三氟甲基磺酰)亚胺锂和/或双氟磺酰亚胺锂对不锈钢集流体的腐蚀的锂电池。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种锂电池，包括正极、负极和非水电解液，所述的正极包括正极活性物质和集流体，所述的非水电解液包括锂盐和有机溶剂，所述的集流体为不锈钢，所述的锂盐包括占所述的非水电解液总质量2～30％的双(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiTFSI)和/或双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、占所述的非水电解液总质量0.2～3％的二氟草酸硼酸锂(LiODFB)。
优选地，所述的二氟草酸硼酸锂的添加质量占所述的非水电解液总质量的1～3％。
进一步优选地，所述的二氟草酸硼酸锂的添加质量占所述的非水电解液总质量的1.5～3％。
优选地，所述的双(三氟甲基磺酰)亚胺锂和/或双氟磺酰亚胺锂的投料质量占所述的非水电解液总质量的10～25％。
优选地，所述的有机溶剂为选自环状碳酸酯类、链状碳酸酯类、醚类中的一种或几种的组合，所述的环状碳酸酯类为选自碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、γ-丁内酯中的一种或几种的组合；
所述的链状碳酸酯类为选自碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸正丙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯中的一种或几种的组合；
所述的醚类为选自乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚或四乙二醇二甲醚、1,3-二氧五环、1,3-二氧六环、1,4-二氧六环、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃中的一种或几种的组合。
优选地，所述的正极和所述的负极分别可以吸收和解吸锂离子。
优选地，所述的正极活性物质为MnO2、氟化碳、FeS2、LiFePO4或硫。
优选地，所述的负极采用金属锂、锂合金、碳材料或硅材料作为活性物质。
优选地，所述的锂电池为锂一次电池或锂二次电池。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明通过向电解液中添加二氟草酸硼酸锂(LiODFB)，能够很好地抑制双(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiTFSI)和/或双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)对不锈钢集流体的腐蚀，从而为双(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiTFSI)和双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)的使用提供了条件。
具体实施方式
下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。本文中若未特殊说明，“％”代表质量百分比。
实施例1：
[正极]
将正极活性物质MnO2、导电炭黑、粘结剂PVDF混合，采用不锈钢网(材质为SUS430)为集流体，制作正极片。
[负极]
以圆形金属锂片为负极，直径为15mm。
[电解液]
按照质量比4:6混合碳酸丙烯酯PC和乙二醇二甲醚DME得到混合溶剂，加入LiTFSI和LiODFB，其占电解液总质量的百分比分别为10％和0.2％，混合均匀得到电解液。
[电池的制造]
使用上述正极、负极、电解液，选择厚度20微米的PE隔膜，制作扣式电池，型号为CR2032。
[电池测试与分析]
对上述电池进行开路电压测试，60℃高温存储一个月，测试开路电压，然后进行电池拆解，通过电子显微镜观察集流体腐蚀情况。
实施例2～6：
除了电解液配制按照表1所示加入锂盐，电池以与实施例1相同的方式制造，电池测试与分析以与实施例1相同的方式进行。
对比例1～3：
除了电解液配制按照表1所示加入锂盐，电池以与实施例1相同的方式制造，电池测试与分析以与实施例1相同的方式进行。
实验结果如表1所示。
表1
在对比例1和2中，60℃存储一个月后开路电压下降较多，可能是由于正极集流体腐蚀造成金属溶出，沉积在负极表面，导致电池的内短路。从实施例可以看出，LiODFB的添加具有抑制LiTFSI腐蚀的作用，可以达到与LiClO4相当的性能水平。
实施例7：
[正极]
将正极活性物质LiFePO4、导电炭黑、粘结剂PVDF混合，采用不锈钢片(材质为SUS304)为集流体，制作正极片。
[负极]
以圆形金属锂片为负极，直径为15mm。
[电解液]
按照质量比4:6混合碳酸乙烯酯EC和碳酸甲乙酯EMC得到混合溶剂，加入LiFSI和LiODFB，其占电解液总质量的百分比分别为10％和0.2％，混合均匀得到电解液。
[电池的制造]
使用上述正极、负极、电解液，选择厚度20微米的PE隔膜，制作扣式电池，型号为2032。
[电池测试与分析]
对上述电池进行开路电压测试，60℃高温存储一个月，测试开路电压，然后进行电池拆解，通过电子显微镜观察集流体腐蚀情况。
实施例8～12：
除了电解液配制按照表1所示加入锂盐，电池以与实施例7相同的方式制造，电池测试与分析以与实施例1相同的方式进行。
对比例4～6：
除了电解液配制按照表1所示加入锂盐，电池以与实施例7相同的方式制造，电池测试与分析以与实施例1相同的方式进行。
实验结果如表2所示。
表2
在对比例4和5中，60℃存储一个月后开路电压下降较多，可能是由于正极集流体腐蚀造成金属溶出，沉积在负极表面，导致电池的内短路。从实施例可以看出，LiODFB的添加具有抑制LiFSI腐蚀的作用，可以达到与LiPF6相当的性能水平。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种锂电池，包括正极、负极和非水电解液，所述的正极包括正极活性物质和集流体，所述的非水电解液包括锂盐和有机溶剂，其特征在于：所述的集流体为不锈钢，所述的锂盐包括占所述的非水电解液总质量2~30%的双（三氟甲基磺酰）亚胺锂和/或双氟磺酰亚胺锂、占所述的非水电解液总质量0.2~3%的二氟草酸硼酸锂。
2.根据权利要求1所述的锂电池，其特征在于：所述的二氟草酸硼酸锂的添加质量占所述的非水电解液总质量的1~3%。
3.根据权利要求2所述的锂电池，其特征在于：所述的二氟草酸硼酸锂的添加质量占所述的非水电解液总质量的1.5~3%。
4.根据权利要求1所述的锂电池，其特征在于：所述的双（三氟甲基磺酰）亚胺锂和/或双氟磺酰亚胺锂的投料质量占所述的非水电解液总质量的10~25%。
5.根据权利要求1所述的锂电池，其特征在于：所述的正极和所述的负极分别可以吸收和解吸锂离子。
6.根据权利要求1或5所述的锂电池，其特征在于：所述的正极活性物质为MnO2、氟化碳、FeS2、LiFePO4或硫。
7.根据权利要求1或5所述的锂电池，其特征在于：所述的负极采用金属锂、锂合金、碳材料或硅材料作为活性物质。
8.根据权利要求1所述的锂电池，其特征在于：所述的锂电池为锂一次电池或锂二次电池。
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