用于高倍率脈沖放電鋰離子電池的電解液的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及鋰離子電池【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用于高倍率脈沖放電鋰離子電池的電解液。本發(fā)明用于高倍率脈沖放電鋰離子電池的電解液，包括電解質(zhì)鹽、非水有機(jī)溶劑和添加劑，所述電解質(zhì)鹽由六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、雙二草酸硼酸鋰共同組成；所述非水有機(jī)溶劑為碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯的混合溶劑；所述添加劑為碳酸亞乙烯酯、亞硫酸乙烯酯、鏈狀羧酸酯、乙二醇二甲醚的混合物。本發(fā)明所提供電解液所制備的鋰離子二次電池支持60C、80C、100C脈沖放電，還具有高倍率循環(huán)性能（3C-20C），500周循環(huán)容量保持率90%左右，而且該體系制作的電池在高倍率脈沖放電和循環(huán)過(guò)程中的安全性能極好。
【專利說(shuō)明】用于高倍率脈沖放電鋰離子電池的電解液
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋰離子電池【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用于高倍率脈沖放電鋰離子電池的電解液。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]鋰離子電池是一種充電電池，它主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來(lái)工作。在充放電過(guò)程中，Li+在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌:充電池時(shí)，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)；放電時(shí)則相反。鋰離子電池是現(xiàn)代高性能電池的代表，隨著新能源的廣泛使用和大力推廣，鋰離子電池的市場(chǎng)變得越來(lái)越廣闊，開(kāi)始在很多傳統(tǒng)領(lǐng)域里面取代鉛酸、鎳鎘、鎳氫電池，電動(dòng)工具、電動(dòng)自行車、數(shù)碼3C電子等產(chǎn)品開(kāi)始對(duì)鋰離子電池的性能要求變得越來(lái)越高，未來(lái)鋰離子電池有望在電動(dòng)工具用電池、汽車和摩托車啟動(dòng)電源上得到廣泛應(yīng)用，此方向要求電池放電為大倍率循環(huán)(3C-20C)、瞬間高功率輸出(例如60C、80C、100C脈沖放電)以及低溫使用性能、高安全性能等。
[0004]電解液是鋰離子電池的重要組成部分，承擔(dān)著鋰Li+在正負(fù)極之間的脫嵌，從而實(shí)現(xiàn)電能與化學(xué)能的相互轉(zhuǎn)換。電解液對(duì)電池的容量、倍率性能、循環(huán)性能、安全性能起著至關(guān)重要的作用。
[0005]目前大部分鋰離子電解液廠家為了滿足高倍率脈沖放電鋰離子電池的需求，可能僅僅單純基于從提高電解液的電導(dǎo)率、加入成膜添加劑改善SEI膜的性能方向進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)，也有廠商通過(guò)通過(guò)對(duì)上述兩種方向結(jié)合研究，但由于從原理上來(lái)講，提高電解液的電導(dǎo)率和改善SEI膜的性能沒(méi)有關(guān)聯(lián)，所以并不能很好的實(shí)現(xiàn)鋰離子電池的高倍率脈沖放電性倉(cāng)泛。
[0006]
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可以支持鋰離子電池進(jìn)行高倍率脈沖放電的鋰離子電池電解液，使用該電解液制備的鋰離子電池，具有高倍率脈沖放電能力，支持60C、80C、100C脈沖放電，還具有高倍率循環(huán)性能(3C-20C)，500周循環(huán)容量保持率90%左右，而且該體系制作的電池在高倍率脈沖放電和循環(huán)過(guò)程中的安全性能極好。
[0008]本發(fā)明用于高倍率脈沖放電鋰離子電池的電解液，包括電解質(zhì)鹽、非水有機(jī)溶劑和添加劑，所述電解質(zhì)鹽由六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、雙二草酸硼酸鋰共同組成；所述非水有機(jī)溶劑為碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯的混合溶劑；所述添加劑為碳酸亞乙烯酯、亞硫酸乙烯酯、鏈狀羧酸酯、乙二醇二甲醚的混合物。
[0009]作為優(yōu)選方案之一，所述的電解質(zhì)鹽組成質(zhì)量百分含量分別為:六氟磷酸鋰占80%?90%，四氟硼酸鋰占5%?10%，雙二草酸硼酸鋰占5%?10%。[0010]另一優(yōu)選方案:所述的非水有機(jī)溶劑的組成質(zhì)量百分含量分別為:碳酸乙烯酯占27%?36%，碳酸二甲酯占9%?17%，碳酸二乙酯占8%?16%，碳酸甲乙酯占31%?40%。
[0011]另一優(yōu)選方案:所述的添加劑的組成質(zhì)量百分含量分別為:碳酸亞乙烯酯占20%?30%，乙二醇二甲醚占40%?60%，亞硫酸乙烯酯占10%?20%，鏈狀羧酸酯乙酸丙酯占5%?15%。
[0012]另一優(yōu)選方案:以非水溶劑和添加劑的總體質(zhì)量為100%計(jì)算，所述的高倍率脈沖放電鋰離子電池用電解液中的各組分及質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別如下:
有機(jī)溶劑:80%?95%
添加劑:5%?10%o
[0013]另一優(yōu)選方案:電解質(zhì)鹽在電解液中的摩爾濃度為1.0?1.3mol/L。
[0014]另一優(yōu)選方案:電解液組成為:以非水溶劑和添加劑總體質(zhì)量為100%計(jì)算，所述的用于高倍率脈沖放電鋰離子電池的電解液中各組分及質(zhì)量百分?jǐn)?shù)如下:
碳酸乙烯酯30%
碳酸二甲酯12%
碳酸二乙酯14%
碳酸甲乙酯34%
碳酸亞乙烯酯2.5%
乙二醇二甲醚5%
亞硫酸乙烯酯1.5%
鏈狀羧酸酯乙酸丙酯1%;
電解質(zhì)鹽為88%的六氟磷酸鋰、6%四氟硼酸鋰、6%雙二草酸硼酸鋰共同組成，在電解液中的摩爾濃度為1.24mol/L。
[0015]本發(fā)明還提供用于高倍率脈沖放電鋰離子電池的電解液所制備的鋰離子二次電池，其方案為:所述電池具備正極、負(fù)極、隔膜，正極、負(fù)極、隔膜都浸泡在高倍率脈沖放電鋰離子電池用電解液中。
[0016]本發(fā)明還提供電解液所制備的鋰離子二次電池的應(yīng)用，其方案為:將所述鋰離子二次電池應(yīng)用于電動(dòng)工具或機(jī)動(dòng)車的啟動(dòng)電源。
[0017]本發(fā)明所提供電解液所制備的鋰離子二次電池支持60C、80C、100C脈沖放電，還具有高倍率循環(huán)性能(3C-20C)，500周循環(huán)容量保持率90%左右，而且該體系制作的電池在高倍率脈沖放電和循環(huán)過(guò)程中的安全性能極好。
[0018]本發(fā)明的電解液體系中的電解質(zhì)鹽、環(huán)狀碳酸酯和線性碳酸酯溶劑、VC/ES/DME/PA組成的添加劑各部分在制作的鋰離子電池里面發(fā)生各種化學(xué)反應(yīng)，最終實(shí)現(xiàn)了降低鋰離子電池的歐姆阻抗、SEI膜阻抗、雙電層電荷轉(zhuǎn)移阻抗、擴(kuò)散阻抗，使得鋰離子電池的內(nèi)阻得到了全面降低，在鋰離子電池進(jìn)行大倍率脈沖放電時(shí)有相對(duì)較高的電壓平臺(tái)，體現(xiàn)出了優(yōu)良的大電流倍率放電性能。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅限于這些實(shí)施例。[0020]下述實(shí)施例和對(duì)比例中用于測(cè)試的電池均是18650電池。
[0021]所述的18650電池通過(guò)以下方式組裝得到:
正極用D50為500?800nm的納米級(jí)磷酸鐵鋰LFP、CNT、HC2、SUPER_P、PVDF以一定的質(zhì)量比組成，負(fù)極用石墨(人造石墨+中間相炭微球MCMB)、SUPER_P、CMC、SBR以一定的質(zhì)量比組成，正、負(fù)極通過(guò)雙行星攪拌機(jī)分散均勻后，然后進(jìn)行拉漿、輥壓、制片得到一定寬度和厚度的多孔電極。然后通過(guò)烘烤、卷繞、入殼、底部點(diǎn)焊、激光焊接蓋帽、注液、封口最終完成電池的制作，并采用化成柜化成，高溫老化、分容等其他測(cè)試設(shè)備進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試。
[0022]實(shí)施例1
電解液組成如下:以有機(jī)溶劑和添加劑的的總體質(zhì)量為100%計(jì)算，其中非水有機(jī)溶劑:EC、DMC、DEC、EMC 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為:30.30%、12.12%、14.14%,34.34% ;添加劑 VC, DME,ES、PA的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為:2.52%,5.05%,0.51%、1.01% ;電解質(zhì)鹽為六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、雙二草酸硼酸鋰，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為:88%、6%、6%，在電解液中的摩爾濃度為1.2mol/L。添加該電解液制成的18650電池60C倍率脈沖放電5s平均電壓為1.94V, 3C-20C大倍率循環(huán)300周容量保持率為70.3%。
[0023]實(shí)施例2
電解液組成如下:以有機(jī)溶劑和添加劑的的總體質(zhì)量為100%計(jì)算，其中非水有機(jī)溶劑:EC、DMC、DEC、EMC 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為:30%、12%、14%、34% ;添加劑 VC、DME、ES、PA 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為:2.5%、5%、1.5%、1% ;電解質(zhì)鹽為六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、雙二草酸硼酸鋰，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為:88%、6%、6%，在電解液中的摩爾濃度為1.2mol/L。添加該電解液制成的18650電池60C倍率脈沖放電5s平均電壓為2.01V, 3C-20C大倍率循環(huán)300周容量保持率為 88.2%o
[0024]實(shí)施例3
電解液組成如下:以有機(jī)溶劑和添加劑的的總體質(zhì)量為100%計(jì)算，其中非水有機(jī)溶劑:EC、DMC、DEC、EMC 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為:30%、12%、14%、34% ;添加劑 VC、DME、ES、PA 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為:2.5%、5%、0.5%、2% ;電解質(zhì)鹽為六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、雙二草酸硼酸鋰，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為:88%、6%、6%，在電解液中的摩爾濃度為1.2mol/L。添加該電解液制成的18650電池60C倍率脈沖放電5s平均電壓為1.95V，3C-20C大倍率循環(huán)300周容量保持率為 76.7%。
[0025]實(shí)施例4
電解液組成如下:以有機(jī)溶劑和添加劑的的總體質(zhì)量為100%計(jì)算，其中非水有機(jī)溶劑:EC、DMC、DEC、EMC 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為:29.70%、11.88%、13.86%,33.66% ;添加劑 VC、DME、ES、PA的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為:2.48%,4.96%、1.49%、1.98% ；電解質(zhì)鹽為六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、雙二草酸硼酸鋰，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為:88%、6%、6%，在電解液中的摩爾濃度為1.2mol/L。添加該電解液制成的18650電池60C倍率脈沖放電5s平均電壓為1.98V，3C_20C大倍率循環(huán)300周容量保持率為72.7%。
[0026]實(shí)施例5
電解液組成如下:以有機(jī)溶劑和添加劑的的總體質(zhì)量為100%計(jì)算，其中非水有機(jī)溶劑:EC、DMC、DEC、EMC 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為:30.21%、12.09%、14.10%,34.24% ;添加劑 VC, DME,ES、PA的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為:2.52%,5.04%,0.29%、1.51% ;電解質(zhì)鹽為六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、雙二草酸硼酸鋰，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為:88%、6%、6%，在電解液中的摩爾濃度為1.2mol/L。添加該電解液制成的18650電池60C倍率脈沖放電5s平均電壓為1.98V，3C-20C大倍率循環(huán)300周容量保持率為73.5%。
[0027]實(shí)施例6
電解液組成如下:以有機(jī)溶劑和添加劑的的總體質(zhì)量為100%計(jì)算，其中非水有機(jī)溶劑:EC、DMC、DEC、EMC 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為:29.79%、11.92%、13.90%,33.76% ;添加劑 VC、DME、ES、PA的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為:2.48%,4.96%、1.69%、1.49% ；電解質(zhì)鹽為六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、雙二草酸硼酸鋰，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為:88%、6%、6%，在電解液中的摩爾濃度為1.2mol/L。添加該電解液制成的18650電池60C倍率脈沖放電5s平均電壓為2.03V, 3C-20C大倍率循環(huán)300周容量保持率為92%。
[0028]實(shí)施例7
電解液組成如下:以有機(jī)溶劑和添加劑的的總體質(zhì)量為100%計(jì)算，其中非水有機(jī)溶劑:EC、DMC、DEC、EMC 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為:30.21%、12.09%、14.10%,34.24% ;添加劑 VC, DME,ES、PA的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為:2.52%,5.04%、1.01%,0.80% ；電解質(zhì)鹽為六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、雙二草酸硼酸鋰，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為:88%、6%、6%，在電解液中的摩爾濃度為1.2mol/L。添加該電解液制成的18650電池60C倍率脈沖放電5s平均電壓為2.04V, 3C-20C大倍率循環(huán)300周容量保持率為79.2%。
[0029]實(shí)施例8
電解液組成如下:以有機(jī)溶劑和添加劑的的總體質(zhì)量為100%計(jì)算，其中非水有機(jī)溶劑:EC、DMC、DEC、EMC 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為:29.79%、11.92%、13.90%,33.76% ;添加劑 VC、DME、ES、PA的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為:2.48%,4.96%,0.99%,2.18% ;電解質(zhì)鹽為六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、雙二草酸硼酸鋰，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為:88%、6%、6%，在電解液中的摩爾濃度為1.2mol/L。添加該電解液制成的18650電池60C倍率脈沖放電5s平均電壓為2.03V，3C_20C大倍率循環(huán)300周容量保持率為86.5%。
[0030]實(shí)施例9
電解液組成如下:以有機(jī)溶劑和添加劑的的總體質(zhì)量為100%計(jì)算，其中非水有機(jī)溶劑:EC、DMC、DEC、EMC 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為:30%、12%、14%、34% ;添加劑 VC、DME、ES、PA 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為:2.5%、5%、1%、1.5% ;電解質(zhì)鹽為六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、雙二草酸硼酸鋰，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為:88%、6%、6%，在電解液中的摩爾濃度為1.2mol/L。添加該電解液制成的18650電池60C倍率脈沖放電5s平均電壓為2.03V, 3C-20C大倍率循環(huán)300周容量保持率為 82.4%o
[0031]實(shí)施例10
電解液組成如下:以有機(jī)溶劑和添加劑的的總體質(zhì)量為100%計(jì)算，其中非水有機(jī)溶劑:EC、DMC、DEC、EMC 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為:30%、12%、14%、34% ;添加劑 VC、DME、ES、PA 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為:2.5%、5%、1%、1.5% ;電解質(zhì)鹽為六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、雙二草酸硼酸鋰，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為:88%、6%、6%，在電解液中的摩爾濃度為1.2mol/L。添加該電解液制成的18650電池60C倍率脈沖放電5s平均電壓為2.02V, 3C-20C大倍率循環(huán)300周容量保持率為 84%。
[0032]實(shí)施例11 電解液組成如下:以有機(jī)溶劑和添加劑的的總體質(zhì)量為100%計(jì)算，其中非水有機(jī)溶劑:EC、DMC、DEC、EMC 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為:30%、12%、14%、34% ;添加劑 VC、DME、ES、PA 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為:2.5%、5%、1%、1.5% ;電解質(zhì)鹽為六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、雙二草酸硼酸鋰，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為:88%、6%、6%，在電解液中的摩爾濃度為1.2mol/L。添加該電解液制成的18650電池60C倍率脈沖放電5s平均電壓為2.03V, 3C-20C大倍率循環(huán)300周容量保持率為 83.2%o
[0033]對(duì)比例I
電解液組成如下:以有機(jī)溶劑和添加劑的的總體質(zhì)量為100%計(jì)算，其中非水有機(jī)溶劑:EC、DMC、DEC、EMC的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為:32.4%、12.9%、15.3%,36.8% ;添加劑VC質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為:2.5% ;電解質(zhì)鹽為六氟磷酸鋰質(zhì)量分?jǐn)?shù)100%，在電解液中的摩爾濃度為1.2mol/L。添加該電解液制成的18650電池60C倍率脈沖放電5s平均電壓為1.75V，3C-20C大倍率循
環(huán)300周容量保持率為62.4%。
[0034]上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于高倍率脈沖放電鋰離子電池的電解液，包括電解質(zhì)鹽、非水有機(jī)溶劑和添加劑，其特征是，所述電解質(zhì)鹽由六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、雙二草酸硼酸鋰共同組成；所述非水有機(jī)溶劑為碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯的混合溶劑；所述添加劑為碳酸亞乙烯酯、亞硫酸乙烯酯、鏈狀羧酸酯、乙二醇二甲醚的混合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高倍率脈沖放電鋰離子電池的電解液，其特征是，所述的電解質(zhì)鹽組成質(zhì)量百分含量分別為:六氟磷酸鋰占80%?90%，四氟硼酸鋰占5%?10%，雙二草酸硼酸鋰占5%?10%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高倍率脈沖放電鋰離子電池的電解液，其特征是，所述的非水有機(jī)溶劑的組成質(zhì)量百分含量分別為:碳酸乙烯酯占27%?36%，碳酸二甲酯占9%?17%，碳酸二乙酯占8%?16%，碳酸甲乙酯占31%?40%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高倍率脈沖放電鋰離子電池的電解液，其特征是，所述的添加劑的組成質(zhì)量百分含量分別為:碳酸亞乙烯酯占20%?30%，乙二醇二甲醚占40%?60%，亞硫酸乙烯酯占10%?20%，鏈狀羧酸酯乙酸丙酯占5%?15%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高倍率脈沖放電鋰離子電池的電解液，其特征是，以非水溶劑和添加劑的總體質(zhì)量為100%計(jì)算，所述的高倍率脈沖放電鋰離子電池用電解液中的各組分及質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別如下: 有機(jī)溶劑:80%?95% 添加劑:5%?10%o
6.根據(jù)權(quán)利要求1?5任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的用于高倍率脈沖放電鋰離子電池的電解液，其特征是，電解質(zhì)鹽在電解液中的摩爾濃度為1.0?1.3mol/L。
7.根據(jù)權(quán)利要求1?5任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的用于高倍率脈沖放電鋰離子電池的電解液，其特征是，電解液組成為:以非水溶劑和添加劑總體質(zhì)量為100%計(jì)算，所述的用于高倍率脈沖放電鋰離子電池的電解液中各組分及質(zhì)量百分?jǐn)?shù)如下: 碳酸乙烯酯30% 碳酸二甲酯12% 碳酸二乙酯14% 碳酸甲乙酯34% 碳酸亞乙烯酯2.5% 乙二醇二甲醚5% 亞硫酸乙烯酯1.5% 鏈狀羧酸酯乙酸丙酯1%; 電解質(zhì)鹽為88%的六氟磷酸鋰、6%四氟硼酸鋰、6%雙二草酸硼酸鋰共同組成，在電解液中的摩爾濃度為1.24mol/L。
8.一種使用權(quán)利要求1?7中所述的用于高倍率脈沖放電鋰離子電池的電解液所制備的鋰離子二次電池，其特征是，所述電池具備正極、負(fù)極、隔膜，正極、負(fù)極、隔膜都浸泡在高倍率脈沖放電鋰離子電池用電解液中。
9.一種使用權(quán)利要求1?7所述的用于高倍率脈沖放電鋰離子電池的電解液所制備的鋰離子二次電池的應(yīng)用，其特征是，將所述鋰離子二次電池應(yīng)用于電動(dòng)工具或機(jī)動(dòng)車的啟動(dòng)電源。
【文檔編號(hào)】H01M10/0567GK103682435SQ201310593537
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月22日
【發(fā)明者】李興糧, 褚相禮, 謝麟, 王棟, 王波, 秦蓮芝 申請(qǐng)人:深圳市迪凱特電池科技有限公司