包含非水有機溶劑四元混合物的用于鋰電池的液體電解質(zhì)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于鋰電池的液體電解質(zhì)，其包含溶解在碳酸亞乙酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、四氫呋喃(THF)和碳酸甲乙酯(EMC)的四元混合物中的高氯酸鋰(LiClO4)。所述液體電解質(zhì)有利地包含10質(zhì)量%-30質(zhì)量%的碳酸亞乙酯(EC)、10質(zhì)量%-30質(zhì)量%的碳酸二乙酯(DEC)、10質(zhì)量%-30質(zhì)量%的四氫呋喃(THF)和10質(zhì)量%-70質(zhì)量%的碳酸甲乙酯(EMC)。所述四元混合物優(yōu)選為以1/1/1/3質(zhì)量比的EC/DEC/THF/EMC混合物。根據(jù)本發(fā)明的液體電解質(zhì)特別適合用于鋰電池中。
【專利說明】包含非水有機溶劑四元混合物的用于鋰電池的液體電解質(zhì)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及包含溶解在非水有機溶劑四元混合物中的鋰鹽的用于鋰電池的液體電解質(zhì)。
【背景技術(shù)】
[0002]大體上，本發(fā)明的【技術(shù)領(lǐng)域】可定義為電解質(zhì)配方和更確切地定義為其中涉及離子傳導(dǎo)機理的液體電解質(zhì)即包含液體溶劑和溶質(zhì)例如傳導(dǎo)鹽的溶液的配方。
[0003]鋰電池通常是由在包裝中的電化學(xué)單元電池(cell)或電化學(xué)單元電池組(stack)形成的。各個電化學(xué)單元電池由被電解質(zhì)隔開的正極和負極形成。
[0004]存在兩類鋰電池:
[0005]-一次電池或金屬鋰電池，其中負極由金屬鋰構(gòu)成，和
[0006]-二次電池，其中鋰保持離子狀態(tài)并且其基于鋰在正極和負極活性材料中的插入或抽出(或者嵌入-脫嵌)原理運行。
[0007]鋰電池常規(guī)地包括確保鋰電池外部電路中的電子流動和因此的電子傳導(dǎo)的集流體。
[0008]常規(guī)的鋰電池進一步包括布置在正極和負極之間的被液體電解質(zhì)所浸潰的隔板。隔板通過防止正極與負極接觸而防止任何短路。
[0009]目前的鋰電池中使用的電解質(zhì)為由其中溶解有鋰鹽的非水有機溶劑(大多數(shù)情況下，碳酸酯)的混合物形成的液體電解質(zhì)。
[0010]就鋰電池的性能而言，所用電解質(zhì)的配方起到必要作用，特別是當鋰電池在非常低或非常高的溫度下使用時。電解質(zhì)的電導(dǎo)率特別地制約鋰電池的性能，因為其作用于在正極和負極之間的電解質(zhì)中的鋰離子的遷移率。
[0011]在鋰電池中使用的電解質(zhì)類型的選擇中，還應(yīng)考慮其它參數(shù)。這些特別是其在電池中的熱、化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性以及經(jīng)濟、安全和環(huán)境友好標準(特別包括液體電解質(zhì)的毒性)。
[0012]目前，鋰電池電解質(zhì)在常規(guī)地-10°c至50°C的小的溫度范圍內(nèi)運行而不被破壞。在該溫度范圍之外，電解質(zhì)受到損害并且導(dǎo)致鋰電池性能的顯著惡化。
[0013]已經(jīng)描述了許多意圖擴展鋰電池的運行范圍(特別是通過改進電解質(zhì)的配方)的成果。
[0014]由此已經(jīng)表明，例如單酯、二酯或者碳酸酯的溶劑的使用顯著地改善鋰電池在高溫或低溫下的性能。
[0015]以下所示的表列出了鋰電池中使用的主要溶劑以及它們的物理和化學(xué)性質(zhì)。
[0016]該表中所列出的數(shù)據(jù)源自于特別來自如下出版物的文獻:A.Collin, Solid State1nics, 134, 159 (2000) ; Hayashi 1999: K.Hayash i, Y.Nemo to, S.-1.Tobishima, J.-1.Yamachi,Electrochimica Acta,44,2337 (1999) ；Smart 1999:M.C.Smart,B.V.Ratnakumar, S.Surampudi, J.Electrochem.Soc.,146 (2),486 (1999)和 Xu2004:K.Xu, Chem.Rev.，104，4303 (2004)。
[0017]
【權(quán)利要求】
1.用于鋰電池的液體電解質(zhì)，其包括溶解在非水有機溶劑四元混合物中的鋰鹽，其特征在于所述鋰鹽為高氯酸鋰(LiClO4)和所述四元混合物由碳酸亞乙酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、四氫呋喃(THF)和碳酸甲乙酯(EMC)構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電解質(zhì)，其特征在于其由溶解在所述四元混合物中的高氯酸鋰(LiClO4)構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2之一的電解質(zhì)，其特征在于所述四元混合物包含至少5質(zhì)量％的各所述有機溶劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的電解質(zhì)，其特征在于其包含: -10質(zhì)量％-30質(zhì)量％的碳酸亞乙酯(EC)， -10質(zhì)量％_30質(zhì)量％的碳酸二乙酯(DEC)， -10質(zhì)量％-30質(zhì)量％的四氫呋喃(THF)，和 -10質(zhì)量%-70質(zhì)量％的碳酸甲乙酯(EMC)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項的電解質(zhì)，其特征在于所述四元混合物為質(zhì)量比分別為1/1/1/3的碳酸亞乙酯/碳酸二乙酯/四氫呋喃/碳酸甲乙酯(EC/DEC/THF/EMC)混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項的電解質(zhì)，其特征在于LiClO4鋰鹽的濃度為0.1mol.L 1Imol.L \優(yōu)選等于 lmol.L ^0.2。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項的液體電解質(zhì)在鋰電池中的用途。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的用途，其特征在于所述鋰電池包括:` -包括正極活性材料的正極， -包括負極活性材料的負極， -以及布置在所述正極和負極之間并且用所述電解質(zhì)浸潰的隔板。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的用途，其特征在于所述負極活性材料為金屬鋰。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的用途，其特征在于所述正極活性材料選自MnO2和附02。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的用途，其特征在于所述正極活性材料為Μη02。
12.根據(jù)權(quán)利要求8的用途，其特征在于所述負極活性材料選自碳石墨((^#)、Li4Ti5O12、娃和碳化娃。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的用途，其特征在于所述正極活性材料選自=LiFePO4;LiNia33Mna33Coa33O2 ;LiNixCoyAlz02，其中 x、y 和 z 的值之和等于 I ；LiMn02 ；LiNi02 和LiNixMnyO4，其中 x 為 0.4-0.5 和 y 為 1.5-1.6。
14.根據(jù)權(quán)利要求12和13之一的用途，其特征在于所述正極活性材料為LiFePO4和所述負極活性材料為碳石墨(C5s)。
【文檔編號】H01M6/16GK103608964SQ201280029637
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2012年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月14日
【發(fā)明者】N.吉勞德, H.魯奧爾特, F.魯伊朗 申請人:原子能和代替能源委員會