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一种锂电池电解液及所得的产品

文献发布时间：2023-06-19 19:27:02

技术领域

本发明涉及一种化学电池技术领域，尤其涉及一种锂电池电解液及所得的产品。

背景技术

锂一次电池作为一种高效环保的新型能源，因其具有能量密度高、功率密度高及使用寿命长的特性而被广泛地应用于便携式电子设备、医疗设备以及航空航天航海设备等领域，如烟雾报警器、心脏起搏器、军用夜视镜等仪器设备中。其中，锂-二氧化锰软包电池发展逐渐成熟。锂-二氧化锰软包电池以成本低且安全的二氧化锰作为电池正极，其具有重量轻、容量大、设计灵活等优点，且电池中不含铬、汞等重金属，对环境无污染，是先进的绿色能源。锂-二氧化锰软包电池一般由正极、负极、隔膜、电解液以及外壳组成，制造方法一般为:将正极片、锂带负极片以及隔膜一起卷绕制成裸电芯，使用冲坑后的铝塑膜外壳对设置有极耳的裸电芯顶部进行顶封、对电芯的其中一侧进行侧封，局部封装后，进行短路测试，再注入电解液并真空预封，经过一次预放电后将电池老化、切边，再通过第二次预放电即可完成对锂-二氧化锰软包电池的组装。

随着众多领域对能源需求的日益增长，对锂-二氧化锰软包电池的性能要求也越来越高，因此，锂-二氧化锰软包电池的放电性能、储存性能及安全性能都至关重要。目前，锂-二氧化锰软包电池存在一个亟需解决的问题，那就是电池电解液受到极端条件的影响较为严重，如烈日的高温或者冰雪天气的低温，这些极端条件不止影响着电池的放电性能，更降低电池的安全性能，高温环境下的锂-二氧化锰软包电池内部易生成气体，电池铝塑膜外壳出现鼓胀现象，不仅降低电池容量，甚至铝塑膜外壳在鼓胀严重时破裂出现安全隐患。

中国专利CN106025307A公开一种锂电池电解液以及含有该电解液的锂一次电池。所述锂电池电解液一种锂电池电解液，包括有机溶剂和电解质，所述的电解质为混合锂盐，所述混合锂盐是双氟磺酰亚胺锂LiFSI和高氯酸锂；所述混合盐的通式为：xLiFSI―yLiClO4，其中45％＜x＜70％；30％＜y＜55％；x、y均为质量百分数。该电解液仍存在高温涨气漏夜的问题。

发明内容

针对锂一次电池高温漏夜的技术问题，本发明提供一种高安全性能的锂电池电解液及所得的产品。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：一种锂电池电解液，其重量百分组成为：锂盐10～16％，溶剂80～89％，添加剂1～5％,各物质的重量百分比之和为100％；所述的锂盐为双氟磺酰亚胺锂和高氯酸锂的组合，所述双氟磺酰亚胺锂的含量为电解液的5.0～15.0wt％，高氯酸锂的含量为电解液的0.5～5.0wt％。双氟磺酰亚胺锂为主锂盐，高氯酸锂为副锂盐。在高电压下，作为主要锂盐的双氟磺酰亚胺锂中的F-S键会对铝集流体产生腐蚀，并且产生的副产物如Al(FSI)

进一步：在上述锂电池电解液中，所述双氟磺酰亚胺锂的含量为电解液的7.0～12.0wt％，高氯酸锂的含量为电解液的0.5～2.0wt％。

所述溶剂为1,3-二氧戊环、碳酸丙烯酯和乙二醇二甲醚中的至少一种；所述1,3-二氧戊环的含量为电解液的10～35wt％，碳酸丙烯酯的含量为电解液的35～55wt％，乙二醇二甲醚的含量为电解液的15～40wt％。1,3-二氧戊环：低粘度。碳酸丙烯脂：较高的热稳定性能够让电池具有较好的高温性能，包括高温放电和高温储存。乙二醇二甲醚：粘度低、电导率高、闪点低和低温性能好，其放电性能好。优选的，所述1,3-二氧戊环的含量为电解液的15～25wt％，碳酸丙烯酯的含量为电解液的40～50wt％，乙二醇二甲醚的含量为电解液的20～30wt％。

所述添加剂为脂类化合物，所述酯类化合物为1,3-丙烯磺酸内酯和硫酸乙烯酯中的至少一种。所述1,3-丙烯磺酸内酯的含量为电解液的0.3～2.3wt％，硫酸乙烯酯的含量为电解液的0.4～2.6wt％。优选的，所述1,3-丙烯磺酸内酯的含量为电解液的0.5～2.0wt％，硫酸乙烯酯的含量为电解液的0.5～2.2wt％。

本发明还提供了由上述锂电池电解液制得的锂-二氧化锰软包电池，包括正极片，所述的正极片的重量百分组成为85～95wt％活性物质、3～8wt％导电剂和3～8wt％粘结剂。所述活性物质为二氧化锰；所述导电剂为碳纳米管、科琴黑、石墨烯、石墨蠕虫、石墨和乙炔黑中的至少一种。所述粘结剂为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚酰亚胺、聚丙烯酸酯、羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶中的至少一种。优选的，所述导电剂为石墨烯和乙炔黑；所述粘结剂为聚四氟乙烯和聚丙烯酸酯。石墨烯的导电性优于石墨，石墨烯、乙炔黑组合也比石墨、乙炔黑组合的导电性更好，这个组合的良好导电性能使得电解液中双氟磺酰亚胺锂的优异电化学性以及高低温添加剂的高低温特性得到强化，并在电池的高低温放电等放电性能上得以体现。

与现有技术相比，本发明通过电解液中双氟磺酰亚胺锂和高氯酸锂组合锂盐有效减少或消除了对铝箔集流体的腐蚀，保留了锂盐的优异电导率、热稳定性以及电化学稳定性。在电解液中加入多种酯类高低温添加剂，通过1,3-丙烯磺酸内酯的高热稳定性能以及硫酸乙烯酯良好的低温性能，改善锂-二氧化锰软包电池的高低温放电性能、高温储存性能以及安全性能。同时将正极导电剂中常见的石墨、乙炔黑组合更换为石墨烯、乙炔黑组合，改善电池正极在放电过程中的导电性能，用于提升锂-二氧化锰软包电池的放电容量。本发明减少了对铝箔集流体的腐蚀，解决了锂-二氧化锰软包电池在高低温条件下的放电性能异常问题，提升了电池的放电稳定性，并且电池的热稳定性提高使得电池在高温环境下的安全性能以及储存性能大大提升，进一步促进了锂-二氧化锰软包电池的应用。所以本发明的锂电池电解液高温性能稳定，所得的锂-二氧化锰软包电池放电稳定性好，其在高温环境下的安全性能以及储存性能好。

具体实施方式

本发明的主旨是通过电解液中双氟磺酰亚胺锂和高氯酸锂组合锂盐有效减少或消除了对铝箔集流体的腐蚀，保留了锂盐的优异电导率、热稳定性以及电化学稳定性。在电解液中加入多种酯类高低温添加剂，通过1,3-丙烯磺酸内酯的高热稳定性能以及硫酸乙烯酯良好的低温性能，改善锂-二氧化锰软包电池的高低温放电性能、高温储存性能以及安全性能。同时将正极导电剂中常见的石墨、乙炔黑组合更换为石墨烯、乙炔黑组合，改善电池正极在放电过程中的导电性能，用于提升锂-二氧化锰软包电池的放电容量。下面结合实施例对本发明的内容作进一步详述，实施例中所提及的内容并非对本发明的限定，材料中各个原材料的选择可因地制宜而对结果并无实质性影响。

实施例1

锂电池电解液制备：将锂盐与添加剂溶于混合溶剂后即得电解液。其中，双氟磺酰亚胺锂的含量为电解液的7wt％，高氯酸锂的含量为电解液的2wt％，1,3-二氧戊环的含量为电解液的16wt％，碳酸丙烯酯的含量为电解液的50w％，乙二醇二甲醚的含量为电解液的22wt％，1,3-丙烯磺酸内酯的含量为电解液的0.8wt％，硫酸乙烯酯的含量为电解液的2.2wt％。

正极片的制备：将正极浆料拉浆涂覆到集流体表面,经辊压机辊压后通过干燥炉进行烘烤，烘烤完成后再次辊压为所需厚度的正极片，再对其进行裁切,即得到正极片。正极浆料包含以下组分，活性物质二氧化锰的含量为89wt％，导电剂石墨烯的含量为2wt％、乙炔黑的含量为5wt％，粘结剂聚四氟乙烯的含量为1wt％、聚丙烯酸酯的含量为3wt％。

锂-二氧化锰软包电池的制备：将正极片、锂带负极片以及隔膜一起卷绕制成裸电芯，使用冲坑后的铝塑膜外壳对设置有极耳的裸电芯顶部进行顶封、对电芯的其中一侧进行侧封，局部封装后，进行短路测试，再注入电解液并真空预封，经过一次预放电后将电池老化、切边，再通过第二次预放电即可完成对CF552723型锂-二氧化锰软包电池的组装。

实施例2

锂电池电解液制备：将锂盐与添加剂溶于混合溶剂后即得电解液。其中，双氟磺酰亚胺锂的含量为电解液的8wt％，高氯酸锂的含量为电解液的2wt％，1,3-二氧戊环的含量为电解液的19wt％，碳酸丙烯酯的含量为电解液的45w％，乙二醇二甲醚的含量为电解液的24wt％，1,3-丙烯磺酸内酯的含量为电解液的0.5wt％，硫酸乙烯酯的含量为电解液的1.5wt％。

正极片的制备：将正极浆料拉浆涂覆到集流体表面,经辊压机辊压后通过干燥炉进行烘烤，烘烤完成后再次辊压为所需厚度的正极片，再对其进行裁切,即得到正极片。正极浆料包含以下组分，活性物质二氧化锰的含量为89wt％，导电剂石墨烯的含量为3wt％、乙炔黑的含量为4wt％，粘结剂聚四氟乙烯的含量为1wt％、聚丙烯酸酯的含量为3wt％。