CN110945708A - 水性电解液和包括该水性电解液的储能装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种能够改善低温性能的水性电解液。更具体地，本发明提供一种水性电解液和包括该水性电解液的储能装置，所述水性电解液由包含预定浓度范围的三氟甲烷磺酸锂而没有另外的添加剂的水溶液组成，因此，即使在约‑30℃以下的极低温度下也可以防止冻结并且实现高性能。
Description
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年9月15日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2017-0118856和于2018年9月13日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2018-0109843的权益，这两项专利申请的公开内容通过引用全部并入本说明书中。
本发明涉及一种能够改善低温性能的水性电解液，更具体地，涉及一种仅使用特定的锂盐从而即使在极低温度下也可以防止冻结并且实现高性能的水性电解液，和包括所述水性电解液的储能装置。
背景技术
随着世界范围内能源需求的增长，对储能技术的关注越来越多，并且随着应用领域扩展到移动电话、便携式摄像机和笔记本电脑，甚至到电动汽车能源领域，越来越致力于研究和开发电化学装置。
特别地，近来对可充电二次电池的兴趣上升，并且在当前应用的二次电池中，在90年代初期开发的锂二次电池由于其高工作电压和极高的能量密度而备受关注。另外，作为具有比现有电容器更高的密度和比普通锂离子电池更高的输出的储能装置，超级电容器正在以许多方式被研究。根据储能机理，超级电容器可以简单地分为双电层电容器(EDLC)和赝电容器。
大多数这种储能装置由阴极(正极)和由碳材料或过渡金属氧化物等组成的阳极(负极)，以及非水性电解液组成。然而，在锂离子电池、赝电容器、超级电容器等中使用的由有机溶剂组成的非水性电解液具有高可燃性和由此降低的稳定性，并且具有低离子电导率，因此，在高输出产品的应用中受到限制。因此，对于水性电解液在锂离子电池、赝电容器、超级电容器等中的使用有许多研究，以便增加稳定性和输出。然而，在现有的水性电解液的情况下，在低于0℃的温度下发生电解液冻结，从而引起性能劣化。因此，在用于电池系统的水性电解液的应用中，必须改善低温稳定性问题。尽管已经报道对于电解液的防冻添加剂如乙二醇的研究以防止电解液冻结，但是由于包括添加剂引起电解液的粘度增加、离子电导率降低、添加剂的电化学副反应等的问题，难以将它们直接应用于储能装置的商业化产品。
特别地，在锂离子电池的情况下，在低于冻结点的温度下产生严重的功耗。即使在低温条件下，充电也困难。在电动汽车的情况下，再生制动能力降低。已知在低温下，电动汽车的续航距离减少约40％。为了运转寒冷引擎，应当安装昂贵的大容量电池。为了提高锂离子电池在低温下的性能，添加剂已经用于电池电解液中，或者已经使用外部隔热和加热装置。然而，前者排放气体，从而降低高温下的电池寿命，而后者增加电池的尺寸。
因此，需要研究一种水性电解液，该水性电解液在不使用诸如乙二醇等的添加剂的情况下可以得到具有优异的稳定性和高离子电导率的高输出储能装置。
发明内容
技术问题
本发明的一个目的是提供一种水性电解液，该水性电解液在不使用诸如乙二醇等的添加剂的情况下使用预定范围的三氟甲烷磺酸锂，由此可以防止冻结，并且实现低温下的高性能，而没有诸如粘度增加和离子电导率降低等的副作用。
本发明的另一目的是提供一种包括上述水性电解液的储能装置。
技术方案
根据本发明的一个实施方案，提供一种水性电解液，该水性电解液由包含浓度为4.5mol/L至10mol/L的三氟甲烷磺酸锂的水溶液组成。
例如，所述水溶液可以包含浓度为5mol/L至7mol/L的三氟甲烷磺酸锂，并且基于所述水溶液的总重量，所述三氟甲烷磺酸锂的含量可以为41重量％至77重量％。
另外，所述水溶液可以仅包含三氟甲烷磺酸锂和余量的水。
所述水性电解液在室温(25℃)下测量的离子电导率可以为55mS/cm以上，在极低温度(-30℃)下测量的离子电导率可以为6mS/cm以上。
同时，根据本发明的另一实施方案，提供一种包括上述水性电解液的储能装置。所述储能装置包括：包含阴极活性材料的阴极(正极)；包含阳极活性材料的阳极(负极)；插入在所述阴极与所述阳极之间的隔膜；和由包含浓度为4.5mol/L至10mol/L的三氟甲烷磺酸锂的水溶液组成的水性电解液。
例如，所述储能装置可以是超级电容器、赝电容器或锂离子电池。
另外，将所述储能装置在-30℃下放置6小时以上之后通过循环伏安法测量的比电容可以是将所述储能装置在25℃下放置6小时以上之后通过循环伏安法测量的比电容的60％以上。
有益效果
根据本发明，通过在水性电解液中使用预定浓度范围的三氟甲烷磺酸锂而没有另外的添加剂，即使在约-30℃以下的极低温下也可以防止冻结并且实现高电容。
附图说明
图1是将使用根据实施例1制备的水性电解液(包含5M的三氟甲烷磺酸锂)的全电池(full cell)在极低温度(低温，-30℃)下放置6小时以上之后，通过循环伏安法测定的第10个循环的CV图(比电容：60F/g)；
图2是将使用根据实施例1制备的水性电解液(包含5M的三氟甲烷磺酸锂)的全电池在室温(室温，25℃)下放置6小时以上之后，通过循环伏安法测定的第10个循环的CV图(比电容：75F/g)；
图3是将使用根据比较例1制备的水性电解液(包含4M的三氟甲烷磺酸锂)的全电池在极低温度(低温，-30℃)下放置6小时以上之后，通过循环伏安法测定的第10个循环的CV图(比电容：小于1F/g)；
图4是将使用根据比较例1制备的水性电解液(包含4M的三氟甲烷磺酸锂)的全电池在室温(室温，25℃)下放置6小时以上之后，通过循环伏安法测定的第10个循环的CV图(比电容：75F/g)；
图5是示出将使用根据实施例1制备的水性电解液(包含5M的三氟甲烷磺酸锂)和根据比较例2制备的水性电解液(包含1M的Li2SO4-35体积％的EG)的全电池在极低温度(低温，-30℃)下放置6小时以上之后，以恒定电流(1A/g)达到2.1V的评价结果的图。
具体实施方式
如本文中使用的，术语“第一”、“第二”等用于说明各种构成要素，并且它们仅用于将一个构成要素与其它构成要素区分开。
另外，本文中使用的术语仅用于说明具体的实施方案，并且不意在限制本发明。除非明确指出或从上下文显而易见不意在如此，否则单数表达包括其复数表达。如本文中使用的，术语“包括”、“配备有”、“具有”等意在表示存在实际的特性、数目、步骤、构成要素或它们的组合，并且它们不意在排除存在或添加一个或多个其它特性、数目、步骤、构成要素或它们的组合的可能性。
如本文中使用的，室温可以是，例如，约23℃至30℃，优选是25℃。
尽管可以对本发明进行各种修改并且本发明可以具有各种形式，但是下面将详细示出和说明具体的实例。然而，应当理解的是，这些实例不意在将本发明限制于具体的公开，并且在不脱离本发明的精神和技术范围的情况下，本发明包括它们的所有修改、等同物或替换。
下文中，将详细描述本发明。
根据本发明的一个实施方案，提供一种水性电解液，该水性电解液由包含浓度为4.5mol/L至10mol/L的三氟甲烷磺酸锂的水溶液组成。
本发明涉及一种水相的水性电解液，而不是由有机溶剂组成的非水性电解液，并且其特征在于，使用特定浓度的三氟甲烷磺酸锂(lithium trifluoromethanesulfonate)(三氟甲烷磺酸锂(lithium triflate)，LiTf，CF3SO3Li)而没有另外的诸如乙二醇或丙二醇等的添加剂，从而防止低温冻结，并且得到是现有的包含添加剂的水性电解液的约两倍的良好电容。
特别地，由于二次电池的大多数应用在户外进行，因此，二次电池的低温性能重要。例如，在HEV和PHEV的情况下，由于低温下的输出重要，因此，在与汽车电池相关的工业中，尝试即使在-30℃至-40℃的苛刻条件下性能劣化也最小化。此外，由于当温度降至零度以下时，迅速产生性能劣化，因此，在-10℃和-30℃的条件下的性能差异非常大。
同时，本发明的水性电解液由仅包含三氟甲烷磺酸锂和余量的水的水溶液组成而没有另外的添加剂。
所述水性电解液使用在水溶液中的浓度为4.5mol/L至10mol/L的三氟甲烷磺酸锂。三氟甲烷磺酸锂的浓度优选为4.8mol/L至8mol/L或5mol/L至7mol/L。三氟甲烷磺酸锂应当以4.5mol/L以上的浓度被包含，使得使用所述水性电解液的储能装置在约-30℃以下的极低温度下可以表现出高电容以及优异的防冻性能。例如，即使水性电解液包含三氟甲烷磺酸锂，但是如果三氟甲烷磺酸锂的浓度小于4.5mol/L，则由于电解液冻结，离子电导率会降低。此外，三氟甲烷磺酸锂的浓度应当为10mol/L以下，以便不产生由于粘度过度增加而引起的高输出性能的劣化和离子电导率的降低。
基于所述水溶液的总重量，三氟甲烷磺酸锂的含量可以为41重量％至77重量％，优选为42重量％至70重量％或43.5重量％至61重量％。因此，在总计100重量％的水溶液中，除了在上述范围内的三氟甲烷磺酸锂的含量以外的剩余含量(重量％)可以对应于水的含量。例如，基于所述水溶液的总重量，水性电解液可以包含41重量％以上且小于77重量％的三氟甲烷磺酸锂，和23重量％以上且小于59重量％的水。
由于所述水性电解液仅由三氟甲烷磺酸锂和水组成而不使用诸如乙二醇或丙二醇的添加剂，因此，不会产生电解液粘度的增加和离子电导率的降低，并且不会发生由添加剂的电化学副反应引起的其它问题。
具体地，在本发明中，电解液在室温(约25℃)下的离子电导率，即，锂离子电导率可以为55mS/cm以上或55mS/cm至85mS/cm、60mS/cm以上或60mS/cm至85mS/cm、70mS/cm以上或70mS/cm至85mS/cm、72mS/cm以上或72mS/cm至85mS/cm，由此，即使在约-30℃以下的极低温度下也可以和在室温下一样保持锂离子(Li+)的高的移动速度，并且可以适当地实现锂离子(Li+)向电极活性材料中的扩散，由此，可以均匀地发生电极的反应。此外，所述水性电解液在约-30℃以下或-30℃至-60℃的极低温度下的离子电导率，即，锂离子电导率可以为6mS/cm以上或6mS/cm至25mS/cm、8mS/cm以上或8mS/cm至25mS/cm、11mS/cm以上或11mS/cm至25mS/cm、12mS/cm以上或12mS/cm至25mS/cm。如果水性电解液在室温下的锂离子电导率小于40mS/cm或者在极低温度下的锂离子电导率小于6mS/cm，则锂离子在电极中的移动速度会降低，因此，在各个条件下在电极表面上和电极内部不能均匀地发生反应，从而使充电/放电效率和循环性能劣化。然而，如果水性电解液在室温下的锂离子电导率大于85mS/cm或在极低温度下的锂离子电导率大于25mS/cm，则与阴极和阳极处的锂离子吸附/解吸速度相比，隔膜处的锂离子的移动速度会降低，由此，锂离子会在电极与隔膜之间的界面处累积，从而与电解液产生副反应。
在本发明中，对锂离子电导率的测量方法没有具体地限制，并且可以使用在本领域中常用的任意方法。例如，可以使用电导率测量装置如F230K装置测量锂离子电导率。锂离子电导率可以根据溶剂的份额或测量装置的条件而变化。
同时，根据本发明的另一实施方案，提供一种包括上述水性电解液的储能装置。
所述储能装置包括：包含阴极活性材料的阴极(正极)；包含阳极活性材料的阳极(负极)；插入在所述阴极与所述阳极之间的隔膜；和由包含浓度为4.5mol/L至10mol/L的三氟甲烷磺酸锂的水溶液组成的水性电解液。
更具体地，在所述储能装置中，所述阴极可以包含阴极活性材料、粘合剂和导电材料，所述阳极可以包含阳极活性材料、粘合剂和导电材料。
所述储能装置包括水溶液相的水性电解液，而不是由有机溶剂组成的非水性电解液，并且通过包括使用特定浓度的三氟甲烷磺酸锂而没有另外的诸如乙二醇或丙二醇的添加剂的水性电解液，防止低温冻结，并且可以得到是现有的包含添加剂的水性电解液的约两倍的良好电容。
本发明的储能装置可以是超级电容器、赝电容器或锂离子电池。
在所述储能装置中，水性电解液的特定组成以及三氟甲烷磺酸锂的特性和性能如上面所描述。
在根据本发明的一个实施方案的储能装置中，所述阴极活性材料可以包括锰尖晶石类活性材料、锂金属氧化物、金属氧化物、多阴离子化合物、活性炭或碳复合物或它们的混合物。所述锂金属氧化物可以选自锂-锰氧化物、锂-镍-锰氧化物、锂-锰-钴氧化物、锂-镍-锰-钴氧化物和锂-镍-钴氧化物，所述金属氧化物可以是氧化钒、氧化锰等。例如，作为所述阴极活性材料，可以提出：层状化合物，如锂钴氧化物(LiCoO2)和锂镍氧化物(LiNiO2)，它们未被取代或被一个或多个过渡金属取代；锂锰氧化物，如Li1+yMn2-yO4(其中，y为0至0.33，例如，LiMn2O4)、LiMnO3、LiMn2O3、LiMnO2等；锂铜氧化物(Li2CuO2)；钒氧化物，如LiV3O8、LiFe3O4、V2O5、Cu2V2O7等；由LiNi1-yMyO2表示的Ni位锂镍氧化物(其中，M＝Co、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、B或Ga，y＝0.01至0.3)；由LiMn2-yMyO2(其中，M＝Co、Ni、Fe、Cr、Zn或Ta，y＝0.01至0.1)或Li2Mn3MO8(其中，M＝Fe、Co、Ni、Cu或Zn)表示的锂锰复合氧化物；一部分Li被碱土金属离子取代的上述化学式的锂金属氧化物；二硫化物；Fe2(MoO4)3等，但是所述阴极活性材料不限于此。
作为所述阳极活性材料，可以提出锂金属氧化物、金属氧化物、活性炭、多阴离子化合物或碳复合物或它们的混合物。例如，作为阳极活性材料的代表性实例，可以提出非晶碳，结晶碳如碳石墨、硬碳等；并且可以使用其它金属复合氧化物，如LixFe2O3(0≤x≤1)、LixWO2(0≤x≤1)、SnxMe1-xMe'yOz(Me：Mn、Fe、Pb、Ge；Me'：Al、B、P、Si、周期表第1族、第2族、第3族原子、卤素；0<x≤1；1≤y≤3；1≤z≤8)或LiTi2(PO4)3等；锂金属；锂合金；硅基合金；锡基合金；金属氧化物，如SnO、SnO2、PbO、PbO2、Pb2O3、Pb3O4、Sb2O3、Sb2O4、Sb2O5、GeO、GeO2、Bi2O3、Bi2O4、Bi2O5等；导电聚合物，如聚乙炔等；Li-Co-Ni物质等，但是所述阳极活性材料不限于此，并且可以使用常用的阳极活性材料而没有限制。
具体地，所述阴极或阳极可以通过，例如，将阴极活性材料或阳极活性材料、导电材料和粘合剂的混合物与溶剂混合以制备浆料，然后将浆料涂布在阴极或阳极集电器上，并且干燥来制备。
根据本发明的一个实施方案，所述阴极集电器通常形成为5微米至200微米的厚度。对这种阴极集电器没有特别地限制，只要它具有高电导率而不在相应的电池中引起化学变化即可，例如，可以使用不锈钢、铝、镍、钛、炭精；或表面用碳、镍、钛、银等处理过的铝或不锈钢。
在阴极集电器的表面上可以形成小的凹凸以增加与阴极活性材料的粘合性，并且可以以各种形状如膜、片、箔、网、多孔体、泡沫体、无纺布体等来使用。
阳极集电器通常形成为5微米至200微米的厚度。对这种阳极集电器没有特别地限制，只要它具有高电导率而不在相应的电池中引起化学变化即可，例如，可以使用铜、不锈钢、铝、镍、钛、炭精；或表面用碳、镍、钛、银等处理过的铜或不锈钢；铝-镉合金等。此外，与阴极集电器类似，可以在表面上形成小的凹凸以增加与阳极活性材料的粘合性，并且可以以各种形状膜、片、箔、网、多孔体、发泡体、无纺布体等来使用。
基于包含阴极活性材料或阳极活性材料的混合物的总重量，在阴极浆料或阳极浆料中使用的导电材料的添加量通常为1重量％至20重量％。对导电材料没有具体地限制，只要它具有导电性而不在相应的电池中引起化学变化即可，例如，可以使用石墨，如天然石墨、人造石墨等；炭黑，如炭黑、乙炔黑、科琴黑、槽法炭黑、炉黑、灯黑、夏黑等；导电纤维，如碳纤维、金属纤维等；金属粉，如氟化碳、铝镍粉等；导电晶须，如氧化锌、钛酸钾等；导电氧化物，如氧化钛等；聚亚苯基衍生物；导电材料如碳纳米管、石墨烯等。
所述粘合剂是有助于阴极活性材料或阳极活性材料与导电材料的粘合并且与集电器粘合的组分，通常，基于包含阴极活性材料或阳极活性材料的混合物的总重量，其含量为1重量％至20重量％。作为所述粘合剂，可以使用各种粘合剂聚合物，如聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-co-HEP)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素(CMC)、淀粉、羟丙基纤维素、再生纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸、乙烯-丙烯-二烯单体(EPDM)、磺化EPDM、丁苯橡胶(SBR)、氟橡胶、各种共聚物等。
另外，作为所述溶剂的优选实例，可以提出二甲基亚砜(DMSO)、醇、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、丙酮、水等，并且在干燥过程中将其除去。
作为所述隔膜，可以单独使用或层叠使用先前用作隔膜的常规多孔聚合物膜，例如，由聚烯烃类聚合物如乙烯均聚物、丙烯均聚物、乙烯/丁烯共聚物、乙烯/己烯共聚物、乙烯/甲基丙烯酸酯共聚物等制备的多孔聚合物膜，或者可以使用常规多孔无纺织物，例如，由高熔点玻璃纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维等制成的无纺织物，但是所述隔膜不限于此。
作为本发明中使用的电池外壳，可以采用本领域中通常使用的那些，并且形状不受电池用途的限制，例如，它可以具有使用罐的圆柱体、正方体、纽扣型、片材型、袋型或硬币型等。
具体地，根据本发明的储能装置可以保持高性能，在将该储能装置在-30℃下放置6小时以上之后通过循环伏安法测量的比电容为将该储能装置在25℃下放置6小时以上之后通过循环伏安法测量的比电容的60％以上或62％以上，优选为70％以上或75％以上，更优选为80％以上。例如，即使在约1A/g以上的高输出下，所述储能装置也可以表现出在低温下测量的电性能为在室温下测量的性能的60％以上。
更具体地，为了测量包括根据一个实施方案的水性电解液的储能装置的电性能，将阴极活性材料LiMn2O4和阳极活性材料LiTi2(PO4)3分别用于NMP(N-甲基-2-吡咯烷酮)中，并且将包含重量比为7:2:1的阴极活性材料或阳极活性材料、作为用于传导电流的导电材料的乙炔黑和作为用于固定粒子的粘合剂的聚偏二氟乙烯(PVDF)的溶液涂布在镍薄膜电极上并干燥，然后辊压以分别制备阴极和阳极，并且可以通过循环伏安法测量比电容。此处，所述包括水性电解液的储能装置在室温(25℃)下放置6小时以上之后通过循环伏安法测量的比电容可以为70F/g以上或70F/g至85F/g，优选为72F/g以上或72F/g至85F/g，更优选为73F/g以上或73F/g至85F/g。此外，所述包括水性电解液的储能装置在-30℃下放置6小时以上之后通过循环伏安法测量的比电容可以为35F/g以上或35F/g至70F/g，优选为40F/g以上或40F/g至70F/g，更优选为55F/g以上或55F/g至70F/g。
在本发明中，由于上面描述以外的细节可以根据需要来调整，因此对它们没有具体地限制。
下文中，提供优选实施例以更好地理解本发明。然而，提供这些实施例仅作为本发明的示例，而本发明的范围不受其限制。
实施例
实施例1
向100mL的作为水溶液的溶剂的水中添加78.03g(43.8重量％)的三氟甲烷磺酸锂(LiTf，CF3SO3Li)，以制备浓度为5mol/L的水性电解液。
实施例2
向100mL的作为水溶液的溶剂的水中添加70.2g(41.25重量％)的三氟甲烷磺酸锂，以制备浓度为4.5mol/L的水性电解液。
实施例3
向100mL的作为水溶液的溶剂的水中添加109.21g(52.2重量％)的三氟甲烷磺酸锂，以制备浓度为7mol/L的水性电解液。
比较例1
向100mL的作为水溶液的溶剂的水中添加62.42g(38.4重量％)的三氟甲烷磺酸锂，以制备浓度为4mol/L的水性电解液。
比较例2
向100mL的作为水溶液的溶剂的水中添加10.99g(9.9重量％)的硫酸锂(Li2SO4)，以制备浓度为1mol/L的水性电解液。
比较例3
向65mL的作为水溶液的溶剂的水中添加10.99g(1mol/L)的硫酸锂(Li2SO4)和35mL的乙二醇(EG，35体积％)，以制备水性电解液。
比较例4
向100mL的作为水溶液的溶剂的水中添加234.02g(70.06重量％)的硫酸锂(Li2SO4)，以制备浓度为15mol/L的水性电解液。
比较例5
向100mL的作为水溶液的溶剂的水中添加327.62g(76.6重量％)的三氟甲烷磺酸锂，以制备浓度为21.0mol/L的水性电解液。
实验例1
对于根据实施例1至实施例3和比较例1至比较例5制备的水性电解液，将它们分别在室温(25℃)和极低温度(-30℃)条件下放置6小时以上之后，用电导率测量仪F230K(Mettler Toledo)测量离子电导率，测量结果示于下面表1中。
[表1]
如表1中所示，包含预定浓度范围的三氟甲烷磺酸锂而没有另外的添加剂的根据本发明的实施例1至实施例3的水性电解液在极低温度(-30℃)下不冻结，并且具有室温(25℃)下的离子电导率为61.7mS/cm至78mS/cm且极低温度(-30℃)下的离子电导率为11.4mS/cm至14mS/cm的优异性能。
相反，在使用浓度为4M的三氟甲烷磺酸锂的比较例1的电解液和包含1M的Li2SO4而不含EG的比较例2的电解液的情况下，在极低温度(-30℃)下产生冻结，并且离子电导率降低至5.4mS/cm以下，或者在极低温度(-30℃)下无法测量。此外，在包含EG和1M的Li2SO4的比较例3的电解液以及分别包含浓度为15M和21M的三氟甲烷磺酸锂的比较例4和比较例5的电解液的情况下，在极低温度(-30℃)条件下不产生冻结，但是室温(25℃)下的离子电导率显著降低至14.4mS/cm至28.3mS/cm，并且极低温度(-30℃)下的离子电导率也降低至2.7mS/cm至4mS/cm或无法测量。
实验例2
使用实施例1至实施例3和比较例1至比较例5的水性电解液如下制造电池，然后评价电解液的低温性能，测量结果示于下面表2中。
电池的制造
将70重量％的作为阴极活性材料的LiMn2O4、20重量％的作为导电材料的乙炔黑和10重量％的作为粘合剂的PVDF(聚偏二氟乙烯)添加到NMP(N-甲基吡咯烷酮)溶剂中，从而制备阴极混合物浆料。将该阴极混合物浆料涂布在厚度为约20微米的Ni薄膜的阴极集电器上，干燥，然后辊压以制备阴极。
另外，将70重量％的作为阳极活性材料的LiTi2(PO4)3、10重量％的作为粘合剂的PVDF(聚偏二氟乙烯)和20重量％的作为导电材料的乙炔黑添加到NMP(N-甲基吡咯烷酮)溶剂中以制备阳极混合物浆料。将该阳极混合物浆料涂布在厚度为约20微米的Ni薄膜的阳极集电器上，干燥，然后辊压以制备阳极。
使用由此制备的阴极和阳极以及玻璃纤维隔膜通过常规方法制造硬币电池(2032标准)，然后，为了进行性能比较，分别引入实施例1的5M的三氟甲烷磺酸锂水性电解液、比较例1的4M的三氟甲烷磺酸锂水性电解液、比较例2的1M的Li2SO4水性电解液和比较例3的含有35体积％的乙二醇(EG)的1M的Li2SO4电解液。
恒定电流评价
将制造的硬币电池在低温(-30℃)下放置6小时以上，然后进行达到2.1V的恒定电流评价。
比电容的评价
将制造的硬币电池分别在室温(25℃)和低温(-30℃)下放置6小时以上，然后通过循环伏安法测量比电容。
[表2]
另外，对于使用实施例1和比较例1的水性电解液的全电池，在图1和图3中分别示出了将它们在极低温度(低温，-30℃)下放置6小时以上之后通过循环伏安法测定的第10个循环的图，并且在图2和图4中分别示出了将它们在室温(室温，25℃)下放置6小时以上之后通过循环伏安法测定的第10个循环的CV图。此外，对于使用根据实施例1制备的水性电解液(包含5M的三氟甲烷磺酸锂)和根据比较例2制备的水性电解液(包含1M的Li2SO4和35体积％的EG)的全电池，将它们放置在极低温度(低温，-30℃)下6小时以上之后，示出了达到2.1V的恒定电流(1A/g)评价的图示于图5中。
如表2中所示，根据本发明的包含预定浓度范围的三氟甲烷磺酸锂而没有另外的添加剂的实施例1至实施例3的水性电解液在室温和极低温度条件下均表现出优异的电容和比电容。具体地，可以看出，使用实施例1至实施例3的水性电解液的电池可以保持非常高比例的性能，将它们在-30℃下放置6小时以上之后测得的比电容为将它们在25℃下放置6小时以上之后测得的比电容的约62.7％至约80％。
相反，在使用比较例1至比较例5的水性电解液的电池的性能评价结果中，在比较例2和比较例5的情况下，根本无法测量电容和比电容，并且比较例1和比较例4分别仅表现出为小于1F/g和2F/g至3F/g，而比较例3仅表现出为在室温下测得的比电容的约46％。
具体地，在没有EG的比较例2的1M的Li2SO4电解液的情况下，由于电解液冻结而无法测量电容，并且在实施例1的5M的三氟甲烷磺酸锂电解液的情况下，与使用EG添加剂的比较例3的电解液相比，低温电容高约两倍以上，并且在使用浓度为4M的三氟甲烷磺酸锂的比较例1的水性电解液的情况下，电容显著降低至小于1F/g。
Claims (9)
1.一种水性电解液，该水性电解液由包含浓度为4.5mol/L至10mol/L的三氟甲烷磺酸锂的水溶液组成。
2.根据权利要求1所述的水性电解液，
其中，所述水溶液包含浓度为5mol/L至7mol/L的三氟甲烷磺酸锂。
3.根据权利要求1所述的水性电解液，
其中，基于所述水溶液的总重量，所述三氟甲烷磺酸锂的含量为41重量％至77重量％。
4.根据权利要求1所述的水性电解液，
其中，所述水溶液仅包含三氟甲烷磺酸锂和余量的水。
5.根据权利要求1所述的水性电解液，
其中，所述水性电解液在25℃下测量的离子电导率为55mS/cm以上。
6.根据权利要求1所述的水性电解液，
其中，所述水性电解液在-30℃下测量的离子电导率为6mS/cm以上。
7.一种储能装置，包括：
包含阴极活性材料的阴极；
包含阳极活性材料的阳极；
插入在所述阴极与所述阳极之间的隔膜；和
由包含浓度为4.5mol/L至10mol/L的三氟甲烷磺酸锂的水溶液组成的水性电解液。
8.根据权利要求7所述的储能装置，
其中，所述储能装置是超级电容器、赝电容器或锂离子电池。
9.根据权利要求7所述的储能装置，
其中，将所述储能装置在-30℃下放置6小时以上之后通过循环伏安法测量的比电容是将所述储能装置在25℃下放置6小时以上之后通过循环伏安法测量的比电容的60％以上。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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