[發明專利]一種鋰離子動力電池電解液

有效

• 申請號: 201410193042.1
• 申請日: 2014-05-08
• 公開（公告）號: CN103956516A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 胡素琴;秦顯忠;蔡飛鵬;馬烽
• 申請（專利權）人: 山東省科學院能源研究所
• 主分類號: H01M10/0566
• 分類號: H01M10/0566
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 崔苗苗

技術領域

本發明涉及一種鋰離子動力電池電解液，屬于材料化學及高能電池技術領域。

背景技術

鋰離子電池是一種新型的化學電源，因其具有能量密度大、工作電壓高、壽命長以及無環境公害等特點被廣泛應用于移動電話等便攜式電子產品中。鋰離子電池的性能很大程度上由正極材料、負極材料和電解液所決定。從鋰離子電池材質方面說，影響其安全性能的主要原因有：充電狀態下作為負極的石墨化學活性高，與電解液的反應會放出熱量；充電狀態下正極中過渡金屬氧化物具有較強的氧化性，高溫下會分解釋放出氧，氧繼而與電解液發生燃燒反應放出大量的熱；固體電解質中間相SEI膜會在高溫下分解，嵌入石墨的Li離子與電解液、黏結劑PVDF發生反應放出大量的熱，當電池材料反應所釋放熱量的速度大于散熱速度時就有可能出現熱失控。由于傳統鋰離子電池采用的電解液主要為易燃的有機溶劑，常用的有機溶劑包括乙烯碳酸酯(EC)、丙烯碳酸酯(PC)、碳酸二甲酯(DEC)等。但是這些有機溶劑都是易燃物質，并且液態電解液存在漏液的危險。因此在濫用條件下,如加熱過充、過放、短路、振動、擠壓等易導致著火、爆炸乃至人員受傷等事件，以上各原因均與電解液性質有密切的關系。可見，電解液對鋰離子電池的安全性能有非常重要的影響。傳統的有機溶劑電解液具有易燃和易揮發等缺點，使其在動力電池方面的應用存在較大的安全隱患。

離子液體電解液又稱室溫熔融鹽，它是一類熔點一般認為低于100℃的有機鹽。與傳統有機液體電解質相比，離子液體電解質突出的優勢可歸納為：(1)安全性好，離子液體一般不可燃，可以徹底消除鋰離子電池在高功率密度條件下的安全隱患；(2)蒸氣壓低(接近于零)、環境友好，不會變成蒸氣擴散到大氣中造成環境污染；(3)穩定性好，電化學窗口較寬，一些離子液體的電化學窗口大于5V；(4)導電性好，離子液體單位體積的導電質點多，質點間的相互作用小，電導率高；(5)易于回收，可重復使用。這些優點使得離子液體用于鋰離子電池的可行性和優越性正在被人們認可和接受。

然而，離子液體電解質用于鋰離子電池也有明顯的不足，主要表現為：(1)價格昂貴；(2)雖然電解質的電導率高，但鋰離子在其中的遷移數低，電池的倍率充放電性能不佳；(3)作為離子化合物，離子液體對電極粘結劑[聚偏氟乙烯(PVDF)或聚四氟乙烯(PTFE)]的浸潤性不好，電池阻抗高。因此，亟需開發價格低廉、性能優異的離子液體電解液體系。

發明內容

本發明的目的是針對目前鋰離子電池電解液穩定性差、易揮發性、可燃等導致鋰離子電池在安全性、循環性能、倍率性能差的缺陷，而提供一種鋰離子動力電池電解液。

本發明采取的技術方案為：

一種鋰離子動力電池電解液，含有季銨氯化物、氫鍵給體、鋰鹽電解質、聚乙二醇(PEG)四大組分，季銨氯化物與氫鍵給體摩爾比為1:1-3.0，鋰鹽電解質在電解液中的濃度為0.1～3.0mol/L，PEG占電解液總質量的百分比為0.1～90％。

本發明電解液四大組分的比例優選：季銨氯化物與氫鍵給體摩爾比為1:1-3.0，兩者占電解液總質量的百分比25％-50％，PEG占電解液總質量的百分比為50％-75％，鋰鹽電解質濃度為0.6-1.0mol/L。

上述季銨氯化物為四正丁基氯化銨、四甲基氯化銨、氯化膽堿中的一種或幾種，考慮到原料的價格毒性優選氯化膽堿。

所述的氫鍵給體為尿素、乙酰胺、乙二醇中的一種或多種。考慮到結構優先選用乙酰胺與尿素。

所述的鋰鹽電解質為鋰LiCl、LiPF₆、LiClO₄、LiBF₄、LiAsF₆、LiBOB中的一種或多種。該電解液由于對水和空氣穩定，具有低黏度、高電導率等優點。為了應用到鋰電中，在該類熔鹽體系中可優選用與陰離子匹配的LiCl作為電解質。LiCl價廉易得、穩定性高，且LiCl摩爾質量低，達到同等摩爾濃度所需LiCl的重量更少。

所述的PEG由分子量200～10000中的一種或多種混合而成。