包含非水有机溶剂三元混合物的用于锂蓄电池的液体电解质的制作方法
【专利摘要】本发明涉及用于锂蓄电池的液体电解质以及其在低温锂蓄电池中的用途。所述液体电解质包括溶解在非水有机溶剂混合物中的至少一种锂盐。所述有机溶剂混合物由碳酸亚丙酯(PC)、γ-丁内酯(GBL)和碳酸甲乙酯(EMC)组成。所述有机溶剂混合物包含0.5体积%-33体积%的碳酸亚丙酯、0.5体积%-33体积%的γ-丁内酯、和0.5体积%-99体积%的碳酸甲乙酯，所述混合物中碳酸亚丙酯、γ-丁内酯和碳酸甲乙酯分别的体积百分数之和等于100%。
【专利说明】包含非水有机溶剂三元混合物的用于锂蓄电池的液体电解质
【技术领域】
[0001]本发明涉及包含溶解在非水有机溶剂混合物中的至少一种锂盐的用于锂蓄电池(accumulator)的液体电解质。
【背景技术】
[0002]大体上，本发明的【技术领域】可定义为电解质配方和更确切地定义为其中涉及离子传导机理的液体电解质即包含有机液体溶剂和溶质例如传导盐的溶液的配方。
[0003]锂蓄电池通常是由在包装中的电化学单元电池(cell)或电化学单元电池组(stack)形成的。各个电化学单元电池由被电解质隔开的正极和负极形成。
[0004]锂蓄电池基于锂在电极活性材料的至少一种(在大多数情况下，正极活性材料)中的插入或抽出(或者嵌入-脱嵌)原理运行。通常，正极活性材料为至少一种过渡金属与锂的氧化物例如LiCo02、LiNiO2和LiMn204。最近，已经提出使用LiFePO4化合物作为正极活性材料。
[0005]负极活性材料可为金属锂或者基于锂的合金(Li金属型蓄电池)，或者如对于正极活性材料那样，为能够插入和抽出Li+离子的材料。于是这被称为Li离子蓄电池。
[0006]对于Li离子蓄电池，负极活性材料通常由碳化材料例如石墨制成。
[0007]然而，可设计其它材料来形成负极活性材料，例如钛酸锂。
[0008]确保锂蓄电池外部电路中的电子流通(circulation)和因此的电子传导的集流体通常对于负极而言由铜制成或者对于正极而言由铝制成。
[0009]常规的锂蓄电池进一步包括布置在正极和负极之间的被液体电解质所浸溃的隔板。隔板通过防止正极与负极接触而防止任何短路。
[0010]目前的锂离子蓄电池中使用的电解质为由其中溶解有锂盐的非水有机溶剂(大多数情况下，碳酸酯)的混合物形成的液体电解质。
[0011]所用电解质的配方对于锂蓄电池的性能而言是必要的性质，特别是当锂蓄电池在非常低或非常高的温度下使用时。电解质的电导率特别地制约锂蓄电池的性能，因为其作用于在正极和负极之间的电解质中的锂离子的迁移率。
[0012]在锂蓄电池中使用的电解质类型的选择中，还应考虑其它参数。这些特别是其在蓄电池中的热、化学和电化学稳定性以及经济、安全和环境友好标准(特别是包括液体电解质的毒性)。
[0013]目前，锂蓄电池电解质在常规地-10 0C至50 0C的小的温度范围内运行而不被破坏。在该温度范围之外，电解质受到损害并且导致锂蓄电池性能的显著恶化。
[0014]已经描述了许多意图扩展锂蓄电池的运行范围(特别是通过改进电解质的配方)的成果。
[0015]由此已经表明，例如单酯、二酯或者碳酸酯的溶剂的使用显著地改善锂蓄电池在高温或低温下的性能。[0016]以下所示的表列出了锂蓄电池中使用的主要溶剂以及它们的物理和化学性质。该表中所列出的数据源自于特别来自如下出版物的文献: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.XuChem.Rev.1044303(2004)。
[0017]
【权利要求】
1.用于锂蓄电池的液体电解质，其包括溶解在非水有机溶剂混合物中的至少一种锂盐， 其特征在于所述有机溶剂混合物包含: -0.5体积％-33体积％的碳酸亚丙酯(PC)， -0.5体积％_33体积％的Y _ 丁内酷(GBL),和 -0.5体积％-99体积％的碳酸甲乙酯(EMC)， 所述混合物中碳酸亚丙酯、Y-丁内酯和碳酸甲乙酯分别的体积百分数之和等于100% O
2.根据权利要求1的电解质，其特征在于所述有机溶剂混合物是由碳酸亚丙酯(PC)、Y-丁内酯(GBL)和碳酸甲乙酯(EMC)以分别为1/1/3的体积比形成的。
3.根据权利要求1或2任一项的电解质，其特征在于所述锂盐选自:六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiTFSI)、三氟甲磺酸锂(LiTf)、双(全氟乙磺酰)亚胺锂(LiBeTi)、及其混合物。
4.根据权利要求1-3任一项的电解质,其特征在于所述锂盐具有0.lmol.L_1-6mol.L_\优选等于lmol.!^±0.2的浓度。
5.根据权利要求1-4任一项的电解质，其特征在于其包含0.5质量％-5质量％的碳酸亚乙烯酯(VC)。
6.根据权利要求5的电解质，其特征在于碳酸亚乙烯酯(VC)的质量百分数为0.5%-2%、优选等于2%。
7.根据权利要求1-6任一项的液体电解质在低温锂蓄电池中的用途。
8.根据权利要求7的用途，其特征在于所述锂蓄电池包括: -包括正极活性材料的正极， -包括负极活性材料的负极， -以及布置在所述正极和负极之间并且用所述电解质浸溃的隔板。
9.根据权利要求7和8之一的用途，其特征在于所述正极活性材料选自=LiFePO4;LiNia33Mna33Coa33O2 ;LiNixCoyAlz02，其中 x、y 和 z 的值之和等于 I ；LiMn02 ；LiNi02 和LiNixMnyO4，其中 x 为 0.4-0.5 和 y 为 1.5-1.6。
10.根据权利要求7-9任一项的用途，其特征在于所述负极活性材料选自碳石墨(C石墨)、Li4Ti5O12、娃和碳化娃。
11.根据权利要求9和10之一的用途，其特征在于所述正极活性材料为LiFePO4和所述负极活性材料为碳石墨(C5s)。
【文档编号】H01M10/0569GK103608963SQ201280029546
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2012年6月13日 优先权日:2011年6月14日
【发明者】N.吉劳德, H.鲁奥尔特 申请人:原子能和代替能源委员会