CN111342126B - 一种延长高温过压环境下电器寿命的方法 - Google Patents

一种延长高温过压环境下电器寿命的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种延长高温过压环境下电器寿命的方法，通过电器中电源的合理配置，使得电源中各化合物的成分以及电解质可以联合作业，显著地提高了在高温过压环境下电源的循环使用寿命，从而提高了高温过压环境下电器的使用寿命，且安全性也得到显著增强。

Description

一种延长高温过压环境下电器寿命的方法
技术领域
本发明涉及家用小型电器领域，特别是涉及一种延长高温过压环境下电器寿命的方法。
背景技术
家用的小型电器(如蓝牙音箱等)包括内置电源装置，其为小型电器提供电力输出，目前的内置电源装置多为锂电池。锂电池具有以下优点：高容量、高能量密度、体积小，主要应用于小型电子器件或动力汽车中作为电源。目前常见的锂离子电池的适用工作温度范围约为0-45℃，工作电压为2.5-4.2V，但当环境温度超过正常工作温度或充电电压较高时，电池性能劣化明显，尤其在温度超出55℃或充电电压超过4.3V时，电池会发生胀气、鼓包等现象，电池的工作稳定性、安全性的劣化使得电池的使用寿命显著下降，而电器的使用寿命受到电源装置的制约，电源装置的劣化严重影响了电器的使用寿命。业内亟需找到一种在高温过压环境下使用寿命延长且安全性好的内置电源装置。
发明内容
本发明提供了一种延长高温过压环境下电器寿命的方法，通过电器中电源的合理配置，使得电源中各化合物的成分以及电解质可以联合作业，显著地提高了在高温过压环境下电源的循环使用寿命，从而提高了高温过压环境下电器的使用寿命，且安全性也得到显著增强。
具体的方案如下：
一种延长高温过压环境下电器寿命的方法，该电器包括电源装置，该电源装置为电器提供电力输出，该电源装置包括正极、负极、配置于正极和负极间的隔膜以及非水电解质，该非水电解质包括有机溶剂和锂盐，其特征在于：该电解质还包括以下通式1表示的化合物1以及通知2表示的化合物2，
Figure BDA0002416130260000011
Figure BDA0002416130260000021
其中，该化合物1在电解质中的含量为5.5-8wt％，该化合物2在电解质中的含量为2-5.5wt％。
特别的，所述有机溶剂为体积比为1:0.2:1的EC/DMS/DMC的混合有机溶剂。
进一步的，所述正极的活性物质为NCM三元正极材料(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)。
进一步的，所述负极的活性物质为人造石墨。
进一步的，所述锂盐为LiPF6。
本发明中，所述电源装置优选锂离子电池。
本发明具有如下有益效果：
本发明的研究人员发现，当电解质的混合有机溶剂含有DMS(亚硫酸二甲酯)时，同时在电解质中加入了特定含量的同时含有硫和配位双键的化合物1以及化合物2，此时该化合物1、化合物2以及DMS发挥了共同的工作机理，可以出乎预料地提高电池在高温高电压下的输出稳定性，提高了电池的温度适应性，从而作为电源提供了恶劣工况(高温高电压)条件下的工作稳定性，同时提高了安全性能。
本发明通过上述方案，提供了一种延长高温过压环境下电器寿命的方法，在高温高电压工况条件下使用寿命显著增加，且维持了良好的安全性。
具体实施方式
本发明下面将通过具体的实施例进行更详细的描述，但本发明的保护范围并不受限于这些实施例。
电池试验例：
配置锂电池，该锂电池包含正极、负极、置于正极和负极之间的隔膜以及电解质，所述正极包含质量百分比为92:5:3的正极活性物质、导电剂和粘结剂，所述负极包含质量百分比为95:5的负极活性物质、粘结剂。导电剂为超导炭黑，粘结剂为PVDF。隔膜包括聚丙烯/聚乙烯复合膜；正极活性物质为LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2，负极活性物质为人造石墨；电解质中的锂盐为1mol/L浓度的LiPF6。配置电池测试性能。
各实施例以及对比例的锂电池所用电解质为以下各实施例和对比例制备得到的电解质，其余成分与试验例相同。
实施例1
配置电解质，其中
Figure BDA0002416130260000031
在电解质中的添加含量为6.5wt％，该
Figure BDA0002416130260000032
在电解质中的添加含量为3.5wt％。有机溶剂为体积比为1:0.2:1的EC/DMS/DMC的混合有机溶剂。
实施例2
配置电解质，与实施例1不同的是，化合物1在电解质中的添加含量为5.5wt％，其余与实施例1相同。
实施例3
配置电解质，与实施例1不同的是，化合物1在电解质中的添加含量为8wt％，其余与实施例1相同。
实施例4
配置电解质，与实施例1不同的是，化合物2在电解质中的添加含量为2wt％，其余与实施例1相同。
实施例5
配置电解质，与实施例1不同的是，化合物2在电解质中的添加含量为5.5wt％，其余与实施例1相同。
实施例6
配置电解质，与实施例1不同的是，有机溶剂为体积比为1:0.3:1的EC/DMS/DMC的混合有机溶剂，其余与实施例1相同。
对比例1
配置电解质，与实施例1不同的是，电解质中未添加化合物1，其余与实施例1相同。
对比例2
配置电解质，与实施例1不同的是，电解质中未添加化合物2，其余与实施例1相同。
对比例3
配置电解质，与实施例1不同的是，有机溶剂为体积比为1:1的EC/DMC的混合有机溶剂，其余与实施例1相同。
空白试验1
配置电解质，与实施例1不同的是，电解质中未添加化合物1、化合物2，其余与实施例1相同。
空白试验2
配置电解质，与实施例1不同的是，电解质中未添加化合物1、化合物2，有机溶剂为体积比为1:1的EC/DMC的混合有机溶剂，其余与实施例1相同。
下表为各实施例与对比例、空白试验的测试数据，其中，电池测试的工作温度为65℃，循环电流为0.3C，充电截止电压4.5V，放电截止电压2.5V。
表1
Figure BDA0002416130260000041
Figure BDA0002416130260000051
在实施例1-6中，电解质中均包含化合物1和化合物2，溶剂组成均为EC/DMS/DMC的混合有机溶剂，不同的是，在各实施例中分别比较了不同的化合物含量以及溶剂中DMS含量对电池性能的影响。在对比例1-3以及空白试验中，则分别对比了电解质中不含有化合物1、化合物2以及不同的溶剂组成的电池性能。通过比较表中数据可知，研究者发现，实施例1中电池性能最佳，可见实施例1中的电解质的组成和成分配比可以显著提高恶劣工况条件(高温高电压)下的电池工作稳定性和安全性。通过比较实施例以及对比例、空白试验的数据可知，当电解质中单独加入化合物1或化合物2时，对电池的性能有一定的提升效果，但性能改善效果不显著，当仅在溶剂中含有DMS时，对电解质性能甚至没有提升，推测单独的化合物1、化合物2对电池电极表面SEI膜的形成影响程度有限、溶剂仅含有DMS不会提升高温高电压性能。当电解质中同时含有化合物1和化合物2时，推测该化合物1和化合物2在SEI膜形成过程中应发生了协同的工作机理，虽然硫和配位双键在SEI膜形成过程中发挥的具体作用尚未明确，但最终数据反映出了出乎研究人员意料之外的良好的高温高电压循环稳定性和安全性。同时，表中关于混合溶剂中DMS的比较数据表明，在SEI膜的形成过程中溶剂中的DMS在上述协同的工作机理中也发挥了一定的作用，但显然在SEI膜的性能稳定性的提升中化合物1和化合物2的结合应发挥了主要作用。此外，通过比较实施例1-6的数据可知，该化合物1、化合物2以及DMS在SEI膜形成过程中产生的研究人员无法预料的协同的工作机理与该化合物1、化合物2以及DMS的含量有关，在采用实施例1中的特定含量时，形成的SEI膜在高温高电压的工况条件下仍然能够维持出乎意料的稳定性，从而提供了电池在恶劣工况条件下的输出稳定性和安全性，显然采用实施例1中的特定组分配比的效果也使得研究人员感到意外。同时，表中的实验数据也表明，DMS浓度的影响显然要弱于化合物1、化合物2的含量对电池性能的影响。综合表中数据可以推测，电解质中的化合物1、化合物2以及DMS中的含硫基团以及配位双键在SEI膜的形成过程中应共同发挥了作用，形成性能异常稳定的SEI膜，使得高温高电压下SEI膜稳定存在，电解质不易挥发，从而获得了电池的高温高电压稳定性及安全性。表中电池的安全性状态数据也支持了这一观点。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但是应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种延长高温过压环境下电器寿命的方法，该电器包括电源装置，该电源装置为电器提供电力输出，该电源装置包括正极、负极、配置于正极和负极间的隔膜以及非水电解质，该非水电解质包括有机溶剂和锂盐，其特征在于：该电解质还包括以下式1表示的化合物1以及式2表示的化合物2，
Figure FDA0002948812380000011
其中，该化合物1在电解质中的含量为5.5-8wt％，该化合物2在电解质中的含量为2-5.5wt％；其中，所述有机溶剂为体积比为1:0.2:1的EC/DMS/DMC的混合有机溶剂。
2.如权利要求1所述的延长高温过压环境下电器寿命的方法，所述正极的活性物质为NCM三元正极材料。
3.如权利要求1所述的延长高温过压环境下电器寿命的方法，所述负极的活性物质为人造石墨。
4.如权利要求2所述的延长高温过压环境下电器寿命的方法，所述锂盐为LiPF6。
5.如权利要求1所述的延长高温过压环境下电器寿命的方法，所述电源装置为锂离子电池。
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