CN116093437A - 一种锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种锂离子电池，锂离子电池包括：正极，正极包括正极活性材料和锂盐；负极，负极为碳负极材料；电解液，电解液包括碳酸酯溶剂和离子液体。本发明解决的问题是现有的以离子液体为电解质的锂离子电池的化学性能较差，锂离子传输效率低的技术问题，通过向锂离子电池中的电解液中加入碳酸酯溶剂，实现提高以离子液体为电解质的锂离子电池的化学性能的技术效果。

Description

一种锂离子电池
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，具体而言，涉及一种锂离子电池。
背景技术
锂离子电池是一种二次充电电池，具有能量密度高、循环性能好、比功率大等特点，可用于便携式电子设备、电动汽车等多种领域，受到人们的广泛关注。其作用原理主要依靠锂离子在充放电过程中，通过嵌入和脱嵌方式在正极和负极之间往返移动来工作。
锂离子电池由正极、隔膜、负极、电解液和电池外壳组成，其中电解液为电化学储能系统的重要组成部分。理想的电解液应该具备高效的锂离子传输效率以及良好的充放电循环性能等特点。但现阶段传统电解液存在使用温度范围狭窄、易燃、易爆等问题，对锂离子电池在动力电池等领域造成阻碍。
离子液体是一种由阴阳离子组成的在室温下呈液态的盐，具有热稳定性好、不易燃、离子电导率高、化学性质稳定等优良特性，在锂电池电解液应用方面展现出很好的应用前景。但由于离子液体粘度大，限制锂离子的传输效率，制约了其在锂离子电池上的应用。
研究者们发现通过向离子液体添加有机溶剂可以降低其粘度，从而提高离子液体电解质的物理和化学性能，增加电导率。因此，如何提高锂离子电池的电化学性能，尤其是以离子液体为电解质的锂离子电池电化学性能，已成为本领域前沿学科亟待解决的问题之一。
发明内容
本发明解决的问题是现有的以离子液体为电解质的锂离子电池的化学性能较差，锂离子传输效率低的技术问题，通过向锂离子电池中的电解液中加入碳酸酯溶剂，实现提高以离子液体为电解质的锂离子电池的化学性能的技术效果。
为解决上述问题，本发明提供一种锂离子电池，锂离子电池包括：正极，正极包括正极活性材料和锂盐；负极，负极为碳负极材料；电解液，电解液包括碳酸酯溶剂和离子液体。
与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：一般正极材料中不包含有锂盐，本方案在锂离子电池的正极中加入锂盐，能够增加锂离子的含量，进而提高锂离子在正负极之间的传输效率。进一步的，在电解液中，离子液体的粘性较大，会限制锂离子的传输效率，本方案在离子液体中加入碳酸脂溶剂，能够降低离子液体的粘度，进而提高锂离子的传输效率。本方案从锂离子的正极材料和电解液两个方面，一方面在正极加入锂盐提高锂离子传输效率另一方面在离子液体中加入有机溶剂来提高锂离子的传输效率，从而实现提高以离子液体为电解质的锂离子电池的化学性能的技术效果。
在本发明的一个实例中，碳酸酯溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、聚碳酸酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯中的至少一种。
与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：在离子液体中加入碳酸脂溶剂能够降低离子液体的粘度，碳酸脂由多种，具体的可以选择碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、聚碳酸酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯。这些材料结构简单，并且成本较低，容易获得。
在本发明的一个实例中，离子液体为咪唑基、吡咯基、吡啶基、哌啶基离子液体中的至少一种。
与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：离子液体为常见的咪唑基、吡咯基、吡啶基、哌啶基离子液体，较容易获取。
在本发明的一个实例中，离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑三氟乙酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑二氰胺盐、1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐中的至少一种。
与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：上述的离子液体为较为常见的物质，容易获取。
在本发明的一个实例中，离子液体在电解液中的质量比为1％-50％。
与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：离子液体在电解液中的质量比为1％-50％，说明，添加的碳酸脂溶剂的质量比不得超过整个电解液的一半。限制离子液体的含量，为锂离子电池的正常工作提供保障。
在本发明的一个实例中，正极活性材料为钴酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂和镍钴铝酸锂中的至少一种。
与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：正极活性材料选用的是常规锂离子电池所选用的正极活性材料，比较容易获得，并且能够为锂离子电池内部的锂离子传输提供锂离子。
在本发明的一个实例中，锂盐为碳酸锂、硝酸理、氟化锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂中的至少一种。
与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：上述锂盐为较为常见的锂盐，容易获得。
在本发明的一个实例中，锂盐在正极中的质量比为0.1％-30％。
与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：锂盐在正极中的含量不宜过多，为了节省锂离子，降低成本，选取0.1％-30％的锂盐就能够对锂离子电池的化学性能进行提升。
采用本发明的技术方案后，能够达到如下技术效果：
(1)一般正极材料中不包含有锂盐，本方案在锂离子电池的正极中加入锂盐，能够增加锂离子的含量，进而提高锂离子在正负极之间的传输效率。进一步的，在电解液中，离子液体的粘性较大，会限制锂离子的传输效率，本方案在离子液体中加入碳酸脂溶剂，能够降低离子液体的粘度，进而提高锂离子的传输效率。本方案从锂离子的正极材料和电解液两个方面，一方面在正极加入锂盐提高锂离子传输效率另一方面在离子液体中加入有机溶剂来提高锂离子的传输效率，从而实现提高以离子液体为电解质的锂离子电池的化学性能的技术效果；
(2)通过实施例一至六以及对比例一至二中的实验结果进行对比可以得到，含有离子液体的电解液和普通正极材料、含有锂盐的正极材料和普通电解液、含有锂盐的正极材料和含有离子液体的电解液的锂离子电池的容量保持率均在85％以上，高于普通不含有锂盐的正极和不含有离子液体的电解液。
附图说明
图1的表格为本发明实施例一至六以及对比例一至二的参数。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
本发明提供一种锂离子电池，锂离子电池包括：
正极，正极包括正极活性材料和锂盐；
负极，负极为碳负极材料；
电解液，电解液包括碳酸酯溶剂和离子液体。
在本实施例中在锂离子电池技术中，一般正极材料中不包含有锂盐，本方案在锂离子电池的正极中加入锂盐，能够增加锂离子的含量，进而提高锂离子在正负极之间的传输效率。进一步的，在电解液中，离子液体的粘性较大，会限制锂离子的传输效率，本方案在离子液体中加入碳酸脂溶剂，能够降低离子液体的粘度，进而提高锂离子的传输效率。本方案从锂离子的正极材料和电解液两个方面，一方面在正极加入锂盐提高锂离子传输效率另一方面在离子液体中加入有机溶剂来提高锂离子的传输效率，从而实现提高以离子液体为电解质的锂离子电池的化学性能的技术效果。
碳酸酯溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、聚碳酸酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯中的至少一种。
在本实施例中，在离子液体中加入碳酸脂溶剂能够降低离子液体的粘度，碳酸脂由多种，具体的可以选择碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、聚碳酸酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯。这些材料结构简单，并且成本较低，容易获得。
离子液体为咪唑基、吡咯基、吡啶基、哌啶基离子液体中的至少一种。
在本实施例中，离子液体为常见的咪唑基、吡咯基、吡啶基、哌啶基离子液体，较容易获取。
离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑三氟乙酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑二氰胺盐、1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐中的至少一种。
在本实施例中，上述的离子液体为较为常见的物质，容易获取。
离子液体在电解液中的质量比为1％-50％。
在本实施例中，离子液体在电解液中的质量比为1％-50％，说明，添加的碳酸脂溶剂的质量比不得超过整个电解液的一半。限制离子液体的含量，为锂离子电池的正常工作提供保障。
正极活性材料为钴酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂和镍钴铝酸锂中的至少一种。
在本实施例中，正极活性材料选用的是常规锂离子电池所选用的正极活性材料，比较容易获得，并且能够为锂离子电池内部的锂离子传输提供锂离子。
锂盐为碳酸锂、硝酸理、氟化锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂中的至少一种。
在本实施例中，上述锂盐为较为常见的锂盐，容易获得。
锂盐在正极中的质量比为0.1％-30％。
在本实施例中，锂盐在正极中的含量不宜过多，为了节省锂离子，降低成本，选取0.1％-30％的锂盐就能够对锂离子电池的化学性能进行提升。
实施例一：
实验材料：锂离子电池的正极采用钴酸锂作为正极活性材料；负极采用碳负极材料；由1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐和碳酸乙烯酯EC配比形成1mol/L的电解液；使用分子筛除水后在充满氩气Ar的手套箱内配制而成有机溶剂。
性能测试：测试实验得到的锂离子电池在25℃条件下，充放电循环100周后锂离子电池的容量保持率；充放电的条件为0.25C倍率、2.7V-4.3V的充放电区间。
测试结果如图1所示，本发明实施例一提供的含离子液体电解液和含锂盐正极制备的锂离子电池具有较好的循环性能，得到的锂离子电池在25℃条件下，充放电循环100周后的容量保持率为90.4％。
实施例二：
实验材料：锂离子电池的正极采用钴酸锂和碳酸锂作为正极活性材料；负极采用碳负极材料；由LiPF6、碳酸乙烯酯EC、碳酸二甲酯DMC配比形成1mol/L的电解液；使用分子筛除水后在充满氩气Ar的手套箱内配制而成有机溶剂。
性能测试：测试实验得到的锂离子电池在25℃条件下，充放电循环100周后锂离子电池的容量保持率；充放电的条件为0.25C倍率、2.7V-4.3V的充放电区间。
测试结果如图1所示，本发明实施例二提供的含离子液体电解液和含锂盐正极制备的锂离子电池具有较好的循环性能，得到的锂离子电池在25℃条件下，充放电循环100周后的容量保持率为87.8％。
实施例三：
实验材料：锂离子电池的正极采用钴酸锂和碳酸锂作为正极活性材料；负极采用碳负极材料；由1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐和碳酸乙烯酯EC配比形成1mol/L的电解液；使用分子筛除水后在充满氩气Ar的手套箱内配制而成有机溶剂。
性能测试：测试实验得到的锂离子电池在25℃条件下，充放电循环100周后锂离子电池的容量保持率；充放电的条件为0.25C倍率、2.7V-4.3V的充放电区间。
测试结果如图1所示，本发明实施例三提供的含离子液体电解液和含锂盐正极制备的锂离子电池具有较好的循环性能，得到的锂离子电池在25℃条件下，充放电循环100周后的容量保持率为94.4％。
实施例四：
实验材料：锂离子电池的正极采用钴酸锂和碳酸锂作为正极活性材料；负极采用碳负极材料；由1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐和碳酸乙烯酯EC配比形成1mol/L的电解液；使用分子筛除水后在充满氩气Ar的手套箱内配制而成有机溶剂。
性能测试：测试实验得到的锂离子电池在25℃条件下，充放电循环100周后锂离子电池的容量保持率；充放电的条件为0.25C倍率、2.7V-4.3V的充放电区间。
测试结果如图1所示，本发明实施例四提供的含离子液体电解液和含锂盐正极制备的锂离子电池具有较好的循环性能，得到的锂离子电池在25℃条件下，充放电循环100周后的容量保持率为95.1％％。
实施例五：
实验材料：锂离子电池的正极采用钴酸锂和氟化锂作为正极活性材料；负极采用碳负极材料；由1-乙基-3-甲基咪唑六氟硼酸盐和碳酸乙烯酯EC配比形成1mol/L的电解液；使用分子筛除水后在充满氩气Ar的手套箱内配制而成有机溶剂。
性能测试：测试实验得到的锂离子电池在25℃条件下，充放电循环100周后锂离子电池的容量保持率；充放电的条件为0.25C倍率、2.7V-4.3V的充放电区间。
测试结果如图1所示，本发明实施例五提供的含离子液体电解液和含锂盐正极制备的锂离子电池具有较好的循环性能，得到的锂离子电池在25℃条件下，充放电循环100周后的容量保持率为94.8％。
实施例六：
实验材料：锂离子电池的正极采用钴酸锂和氟化锂作为正极活性材料；负极采用碳负极材料；由1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐和碳酸乙烯酯EC配比形成1mol/L的电解液；使用分子筛除水后在充满氩气Ar的手套箱内配制而成有机溶剂。
性能测试：测试实验得到的锂离子电池在25℃条件下，充放电循环100周后锂离子电池的容量保持率；充放电的条件为0.25C倍率、2.7V-4.3V的充放电区间。
测试结果如图1所示，本发明实施例六提供的含离子液体电解液和含锂盐正极制备的锂离子电池具有较好的循环性能，得到的锂离子电池在25℃条件下，充放电循环100周后的容量保持率为95.3％。
对比例一：
实验材料：锂离子电池的正极采用钴酸锂作为正极活性材料；负极采用碳负极材料；由LiPF6、碳酸乙烯酯EC、碳酸二甲酯DMC配比形成1mol/L的电解液；使用分子筛除水后在充满氩气Ar的手套箱内配制而成有机溶剂。
性能测试：测试实验得到的锂离子电池在25℃条件下，充放电循环100周后锂离子电池的容量保持率；充放电的条件为0.25C倍率、2.7V-4.3V的充放电区间。
测试结果如图1所示，本发明对比例一提供的含离子液体电解液和含锂盐正极制备的锂离子电池具有较好的循环性能，得到的锂离子电池在25℃条件下，充放电循环100周后的容量保持率为85.6％。
对比例二：
实验材料：锂离子电池的正极采用磷酸铁锂作为正极活性材料；负极采用碳负极材料；由LiPF6、碳酸乙烯酯EC、碳酸二甲酯DMC配比形成1mol/L的电解液；使用分子筛除水后在充满氩气Ar的手套箱内配制而成有机溶剂。
性能测试：测试实验得到的锂离子电池在25℃条件下，充放电循环100周后锂离子电池的容量保持率；充放电的条件为0.25C倍率、2.7V-4.3V的充放电区间。
测试结果如图1所示，本发明对比例二提供的含离子液体电解液和含锂盐正极制备的锂离子电池具有较好的循环性能，得到的锂离子电池在25℃条件下，充放电循环100周后的容量保持率为85.8％。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (8)

1.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括：
正极，所述正极包括正极活性材料和锂盐；
负极，所述负极为碳负极材料；
电解液，所述电解液包括碳酸酯溶剂和离子液体。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述碳酸酯溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、聚碳酸酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述离子液体为咪唑基、吡咯基、吡啶基、哌啶基离子液体中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的锂离子电池，其特征在于，所述离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑三氟乙酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑二氰胺盐、1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述离子液体在所述电解液中的质量比为1％-50％。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极活性材料为钴酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂和镍钴铝酸锂中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述锂盐为碳酸锂、硝酸理、氟化锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述锂盐在所述正极中的质量比为0.1％-30％。
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