一種電解液及鋰離子電池的製作方法
2023-05-29 16:21:06 1
專利名稱：一種電解液及鋰離子電池的製作方法
技術領域：
本發明涉及鋰離子電池領域，特別涉及一種電解液以及含有該電解液的鋰離子電池。
背景技術：
鋰離子電池因其使用電壓高，能量密度高，循環壽命長等特點，經過近十多年的發展，已經廣泛應用於各類可攜式數碼產品上，軟包裝鋰離子電池也由於其外形多變而應用極其廣泛。但是近年來，隨著這些機器更進一步高效能化，要求電池具有更高的容量。為了鋰離子電池得到較高容量發揮，技術人員通常對正極材料、負極材料進行多種性能的改進與修飾。鋰離子電池有效容量跟鋰離子電池充電截止電壓有直接關係，充電截止電壓在一定範圍內愈高，則電池有效容量愈高；當然鋰離子電池的充電截止電壓不能無限提高，充電截止電壓高於4. 2V時，電池發生析氣反應或電池發生內短路發熱，電解液分解造成電池內壓增大，電池會發生鼓脹、甚至爆炸。充電截止電壓適當高於4. 2V時，雖能有效提高鋰離子電池容量，但電池的析氣反應導致電池循環性能差。目前鋰離子電池4. 2V的充電截至電壓是鋰離子電池保證電池容量、保持較高循環性能的最佳平衡點。
發明內容
本發明的目的是針對上述鋰離子電池容量與電池循環性能的矛盾問題，提供一種既能夠提高電池容量，又能保持較高循環性能的鋰離子電池電解液。本發明的另一目的是提供一種高容量、高循環性能的鋰離子電池。為了實現上述目的，本發明採用了如下技術方案本發明公開了一種鋰離子電池電解液，所述電解液包括六氟磷酸鋰、溶劑和添加劑，所述添加劑包括苯並三氮唑類化合物和全氟代碳酸乙烯酯。本發明中，所述添加劑還包括苯甲醚、二乙基膦酸酯中的一種或兩種。所述苯並三氮唑類化合物和全氟代碳酸乙烯酯的用量分別為電解液總質量的
0.1% _5%，優選為 _5%，更優選為 3. 5% -5%。所述苯甲醚、二乙基膦酸酯中的一種或兩種的用量分別為電解液總質量的
1.5-2. 5%，優選為 2%。本發明中，所述溶劑包括碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯，且碳酸乙烯酯碳酸甲乙酯碳酸二乙酯的體積比為1.8-2.2 0.8-1.2 3. 8-4. 2 ；所述六氟磷酸鋰濃度為 1. 1-1. 3mol/L。本發明的實施例中碳酸乙烯酯碳酸甲乙酯碳酸二乙酯的體積比為2 :1:4;所述六氟磷酸鋰濃度為1. 2mol/L。需要指出的是，上述比例0:1:4)或濃度(1. 2mol/L)在試驗允許的範圍內調整變化，不會影響本發明的實施例中的有益效果。本發明還公開了一種鋰離子電池，所述電池包括電解液，由含有活性鋰化合物製備而成的正極極片，以及由含有石墨化碳製備而成的負極極片，所述電解液為上述本發明公開的電解液；所述活性鋰化合物的中位徑為18-19 μ m，比表面積為0. 15-0. 25m2/g，所述正極極片的壓實密度為3. 7-3. 8g/cm3, IC容量發揮為150_170mA/g ；所述石墨化碳的中位徑為20-21 μ m,比表面積為1. 6-1. 7m2/g，所述負極極片的壓實密度為1. 5-1. 6g/cm3, IC容量發揮為330-360mA/g。本發明的實施例中，所述活性鋰化合物的主要成分為鈷酸鋰；所述石墨化碳的主要成分為天然石墨。由於採用以上技術方案，本發明的有益效果在於採用本發明公開的電解液製備的鋰離子電池，解決了電池容量與電池循環性能的矛盾問題，將電池充電截止電壓提高到4. 35V，有效的提高了鋰離子電池的容量約15%，並且其充放電循環性能良好，循環300次後容量仍可保持初始容量的90%。另外，本發明的電解液及鋰離子電池能在電池的正極和負極材料表面形成一種緻密的鈍化膜，減少了電池在化成時的產氣量，克服了目前常規鋰離子電池充電電壓高於4. 2V時由於析氣反應，膨脹影響電池外觀和使用壽命的問題；經過300次循環後，電池厚度變化小於3%，電池外觀幾乎沒有變化，提高了電池的使用壽命。
圖1為本發明實施例中電池在高電壓下(4. 35V)的容量-電壓曲線圖；圖2為本發明實施例中電池在高電壓(4.35V)下充放電的循環次數與容量保持率的曲線圖；圖3為本發明實施例中電池經過300次循環後，軟包裝鋰離子電池的正面外觀圖；圖4為本發明實施例中電池經過300次循環後，軟包裝鋰離子電池的側面外觀圖；圖5為本發明對比例1中電池在常規電壓下G.2V)的容量-電壓曲線圖；圖6為本發明對比例2中電池在高電壓下(4. 35V)的容量-電壓曲線圖；圖7為本發明對比例2中電池在高電壓(4. 35V)下充放電的循環次數與容量保持率的曲線圖；圖8為本發明對比例2中電池經過200次循環後，軟包裝鋰離子電池的正面外觀圖；圖9為本發明對比例2中電池經過200次循環後，軟包裝鋰離子電池的側面外觀圖。
具體實施例方式鋰離子電池的容量可以隨電池的充電電壓增加而增加，因此提高電池的充電截止電壓可以有效提高電池容量。但是，鋰離子電池的充電截止電壓不能無限提高，充電截止電壓高於4. 2V時，電池發生析氣反應或電池發生內短路發熱，電解液分解造成電池內壓增大，電池會發生鼓脹、甚至爆炸。特別是鋁塑外殼的軟包裝鋰離子電池，當充電電壓高於4. 2V時，其外殼發生鼓脹造成電池外觀不良，同時由於軟包裝電池的組織鬆軟，壓實力不足，極易產生脫粉，縮短電池的壽命。
本發明的電解液中加入了添加劑苯並三氮唑類化合物和全氟代碳酸乙烯酯，同時還加入了苯甲醚、二乙基(氰基甲基)膦酸酯中的一種或兩種；其中苯並三氮唑類化合物和全氟代碳酸乙烯酯的用量分別為電解液總質量的0. 1 % -5 %，優選為1 % -5 %，更優選為3. 5%-5%;苯甲醚、二乙基(氰基甲基)膦酸酯中的一種或兩種的用量分別為電解液總質量的1.5-2. 5%，優選為2%。所述電解液還加入了體積比為1.8-2. 2 0.8-1.2 3.8-4.2的碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯，以及濃度為1. 1-1. 3mol/L的六氟磷酸鋰；本發明的實施例中，碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯的比例為2 1 4，六氟磷酸鋰濃度為1.2mol/L。通過電解液與本發明中的正負極材料搭配使用，使得本發明提供的鋰離子電池在充到高電壓(4.35V)時，即有效的提高了電池容量，有不影響其充放電循環性能。由於添加劑的加入，阻止了電解液的析氣反應，達到防氣脹導致的外觀不良的作用，延長電池的使用壽命。具體的，為了達到提高電池容量，改善電池循環性能，提高電池使用壽命的目的，本發明實施例中所用的電池正極材料的中位徑為18. 75 μ m ；比表面積為0. 2m2/g ；正極極片的壓實密度為3. 7-3. 8g/cm3 ； IC容量發揮150_170mA/g。同時，電池負極材料的中位徑為20. 65 μ m ；比表面積為1. 64m2/g ；所述負極極片的壓實密度為1. 5-1. 6g/cm3 ； IC容量發揮 330-360mA/g。下面通過具體實施例和對比例對本發明作進一步詳細說明。以下實施例和對比例僅僅對本發明進行進一步的說明，不應理解為對本發明的限制。實施例1.電池體系特徵電池型號6M199P ；正極體系鈷酸鋰(包覆、摻雜)；負極體系天然石墨。鈷酸鋰理化性能:D50為18. 75 μ m ；比表面積為0. 2m2/g ；極片壓實密度為3. 7 3. 8g/cm3 ； IC容量發揮150 170mA/g ；天然石墨D50為20. 65 μ m ；比表面積為1. 64m2/g ；極片壓實密度為 1. 5 1. 6g/cm3 ； IC 容量發揮 330 360mA/g。電解液體系EC/EMC/DEC (體積比2 1 4)，鋰離子濃度(Li+) 1. 2mol/L ；添加劑為苯並三氮唑類化合物2% (電解液總重量的百分比)，全氟代碳酸乙烯酯2% (電解液總重量的百分比)。2.電池容量測定採用藍電檢測櫃測試電池容量，具體操作如下(1)恆流(0. 5C)放電至3. OV ；⑵恆流(0. 5C)充電至4. 35V ； (3)恆壓(4. 35V)充電至電流小於IOmA止；(4)靜置5min ； (5)恆流(0. 5C)放電至3. OV。根據上述條件，電池容量測定結果都大於3390mAh (表1)，容量-電壓曲線(圖1)。表1電容量測定結果
電池(組別)電池放電容量/mAh133932339權利要求
1.一種鋰離子電池電解液，所述電解液包括六氟磷酸鋰、溶劑和添加劑，其特徵在於所述添加劑包括苯並三氮唑類化合物和全氟代碳酸乙烯酯。
2.根據權利要求1所述的電解液，其特徵在於所述添加劑還包括苯甲醚、二乙基膦酸酯中的一種或兩種。
3.根據權利要求1所述的電解液，其特徵在於所述苯並三氮唑類化合物和全氟代碳酸乙烯酯的用量分別為電解液總質量的0. 1% -5%。
4.根據權利要求1所述的電解液，其特徵在於所述苯並三氮唑類化合物和全氟代碳酸乙烯酯的用量分別為電解液總質量的_5%。
5.根據權利要求1所述的電解液，其特徵在於所述苯並三氮唑類化合物和全氟代碳酸乙烯酯的用量分別為電解液總質量的3. 5% -5%。
6.根據權利要求2所述的電解液，其特徵在於所述苯甲醚、二乙基膦酸酯中的一種或兩種的用量分別為電解液總質量的1. 5-2. 5%。
7.根據權利要求2所述的電解液，其特徵在於所述苯甲醚、二乙基膦酸酯中的一種或兩種的用量分別為電解液總質量的2%。
8.根據權利要求1-7任一項所述的電解液，其特徵在於所述溶劑包括碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯，且碳酸乙烯酯碳酸甲乙酯碳酸二乙酯的體積比為1. 8-2. 2 0. 8-1. 2 3. 8-4. 2 ；所述六氟磷酸鋰濃度為 1. 1-1. 3mol/L。
9.一種鋰離子電池，所述電池包括電解液，由含有活性鋰化合物製備而成的正極極片，以及由含有石墨化碳製備而成的負極極片，其特徵在於所述電解液為權利要求1-8任一項所述的電解液；所述活性鋰化合物的中位徑為18-19μπι，比表面積為0. 15-0. 25m2/g，所述正極極片的壓實密度為3. 7-3. 8g/cm3, IC容量發揮為150_170mA/g ；所述石墨化碳的中位徑為20-21 μ m,比表面積為1.6-1.7m2/g，所述負極極片的壓實密度為1. 5-1. 6g/cm3, IC容量發揮為330-360mA/g。
10.根據權利要求9所述的鋰離子電池，其特徵在於所述活性鋰化合物的主要成分為鈷酸鋰；所述石墨化碳的主要成分為天然石墨。
全文摘要
本發明公開了一種電解液及鋰離子電池，屬於鋰離子電池領域。針對目前鋰離子電池容量不高，當充電電壓高於4.2V時，電池產氣膨脹，循環性能差，影響使用壽命等問題，本發明提供了一種電解液，包括六氟磷酸鋰、溶劑和添加劑，所述添加劑包括苯並三氮唑類化合物和全氟代碳酸乙烯酯。該電解液能夠減少電池化成時的產氣量，防止電池產氣膨脹，提高電池使用壽命；同時提高電池容量，改善循環性能。本發明公開的鋰離子電池採用上述電解液，使得電池充電截止電壓提高到4.35V，電容量提高了15％，並且循環300次後容量仍保持初始容量的90％，電池厚度變化小於3％，提高了使用壽命。
文檔編號H01M10/0525GK102593510SQ20111000192
公開日2012年7月18日 申請日期2011年1月6日 優先權日2011年1月6日
發明者姚彩芳, 張小海, 張雨婷, 賈秋榮, 趙付雙, 邱沫 申請人:深圳市比克電池有限公司