包含非水有机溶剂四元混合物的用于锂电池的液体电解质的制作方法
【专利摘要】本发明涉及用于锂电池的液体电解质，其包含溶解在碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、四氢呋喃(THF)和碳酸甲乙酯(EMC)的四元混合物中的高氯酸锂(LiClO4)。所述液体电解质有利地包含10质量%-30质量%的碳酸亚乙酯(EC)、10质量%-30质量%的碳酸二乙酯(DEC)、10质量%-30质量%的四氢呋喃(THF)和10质量%-70质量%的碳酸甲乙酯(EMC)。所述四元混合物优选为以1/1/1/3质量比的EC/DEC/THF/EMC混合物。根据本发明的液体电解质特别适合用于锂电池中。
【专利说明】包含非水有机溶剂四元混合物的用于锂电池的液体电解质
【技术领域】
[0001]本发明涉及包含溶解在非水有机溶剂四元混合物中的锂盐的用于锂电池的液体电解质。
【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液体溶剂和溶质例如传导盐的溶液的配方。
[0003]锂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]存在两类锂电池:
[0005]-一次电池或金属锂电池，其中负极由金属锂构成，和
[0006]-二次电池，其中锂保持离子状态并且其基于锂在正极和负极活性材料中的插入或抽出(或者嵌入-脱嵌)原理运行。
[0007]锂电池常规地包括确保锂电池外部电路中的电子流动和因此的电子传导的集流体。
[0008]常规的锂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。
[0009]目前的锂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。
[0010]就锂电池的性能而言，所用电解质的配方起到必要作用，特别是当锂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。
[0011]在锂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(特别包括液体电解质的毒性)。
[0012]目前，锂电池电解质在常规地-10°c至50°C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电池性能的显著恶化。
[0013]已经描述了许多意图扩展锂电池的运行范围(特别是通过改进电解质的配方)的成果。
[0014]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电池在高温或低温下的性能。
[0015]以下所示的表列出了锂电池中使用的主要溶剂以及它们的物理和化学性质。
[0016]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.Xu, Chem.Rev.，104，4303 (2004)。
[0017]
【权利要求】
1.用于锂电池的液体电解质，其包括溶解在非水有机溶剂四元混合物中的锂盐，其特征在于所述锂盐为高氯酸锂(LiClO4)和所述四元混合物由碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、四氢呋喃(THF)和碳酸甲乙酯(EMC)构成。
2.根据权利要求1的电解质，其特征在于其由溶解在所述四元混合物中的高氯酸锂(LiClO4)构成。
3.根据权利要求1和2之一的电解质，其特征在于所述四元混合物包含至少5质量％的各所述有机溶剂。
4.根据权利要求3的电解质，其特征在于其包含: -10质量％-30质量％的碳酸亚乙酯(EC)， -10质量％_30质量％的碳酸二乙酯(DEC)， -10质量％-30质量％的四氢呋喃(THF)，和 -10质量%-70质量％的碳酸甲乙酯(EMC)。
5.根据权利要求1-4任一项的电解质，其特征在于所述四元混合物为质量比分别为1/1/1/3的碳酸亚乙酯/碳酸二乙酯/四氢呋喃/碳酸甲乙酯(EC/DEC/THF/EMC)混合物。
6.根据权利要求1-5任一项的电解质，其特征在于LiClO4锂盐的浓度为0.1mol.L 1Imol.L \优选等于 lmol.L ^0.2。
7.根据权利要求1-6任一项的液体电解质在锂电池中的用途。
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8的用途，其特征在于所述负极活性材料为金属锂。
10.根据权利要求9的用途，其特征在于所述正极活性材料选自MnO2和附02。
11.根据权利要求10的用途，其特征在于所述正极活性材料为Μη02。
12.根据权利要求8的用途，其特征在于所述负极活性材料选自碳石墨((^#)、Li4Ti5O12、娃和碳化娃。
13.根据权利要求12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。
14.根据权利要求12和13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】H01M6/16GK103608964SQ201280029637
【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, F.鲁伊朗 申请人:原子能和代替能源委员会