專利名稱：一種非水電解液以及鋰離子二次電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種安全特性高且不影響電池循環(huán)性能的非水電解液及鋰離子二次電池。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代社會與科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，筆記本電腦、平板電腦與智能手機等電子產(chǎn)品得到日益廣泛的應(yīng)用。而鋰離子電池作為一種綠色電源，因其能量密度高、循環(huán)壽命長和自放電率低等優(yōu)點，被廣泛的應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品中。然而，當前電子產(chǎn)品的競爭日趨激烈，客戶對能量密度的要求不斷提高，甚至提高了充電電壓，因此對如何更好的保證電池的安全特性提出了迫切要求。安全性問題是鋰離子電池市場創(chuàng)新的重要前提，特別是在電動汽車等領(lǐng)域的應(yīng)用對電池的安全性提出了更高、更新的要求。鋰離子二次電池在一些熱箱、針刺、短路等濫用過程中會放出大量熱，這些熱量成為易燃電解液的安全隱患，可能造成熱失控，從而引起電池燃燒或爆炸。電解質(zhì)作為電池的重要組成部分，在正、負極之間起著輸送離子、傳導(dǎo)電流的作用，是完成電化學(xué)反應(yīng)不可缺少的部分，它的性能的好壞直接影響電池性能的優(yōu)化和提高。研究表明，電解質(zhì)的組成、化學(xué)配比和其組分的結(jié)構(gòu)決定著電解質(zhì)的性能，從而最終影響電池的性能。在電解液中添加少量的某些物質(zhì)，就能顯著地改善電池的某些性能如電解液的安全特性、電導(dǎo)率、電池的循環(huán)效率和可逆容量等，這些少量物質(zhì)稱為添加劑。添加劑具有用量小，見效快的特點，在基本不增加電池成本的基礎(chǔ)上，就能顯著改善電池的某些性能。目前，國內(nèi)外通常采用一些阻燃添加劑配制非水電解液，從而使易燃有機電解液變成難燃或不可燃的電解液，降低電池放熱值和電池自熱率，同時也增加電解液自身的熱穩(wěn)定性，避免電池在過熱條件下的燃燒或爆炸，從而改善電池的安全特性。該類電解液由于添加了阻燃添加劑，影響了使用該電解液的電池循環(huán)性能，放電容量等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種安全特性高且不影響電池循環(huán)性能的非水電解液及使用該非水電解液的鋰離子二次電池。本發(fā)明的目的在于提供一種非水電解液，所述非水電解液包括所述非水電解液包括非水溶劑；鋰鹽；以及1，3-丙磺酸內(nèi)酯；有機二腈類物質(zhì)。所述非水溶劑包括環(huán)狀碳酸酯和鏈狀碳酸酯。所述環(huán)狀碳酸酯為碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯的至少一種；所述鏈狀碳酸酯為碳酸二乙酯、碳酸二甲酯或碳酸甲乙酯的至少一種。所述有機二腈類物質(zhì)的通式為NC-(CH2)n-CN，其中n=2 4。所述有機二腈類物質(zhì)占所述非水電解液總重量的0. 01wt% 10wt%。本發(fā)明的目的還在于提供一種鋰離子二次電池，包括外殼，置于所述外殼中的電芯及非水電解液；所述電芯包括正極片、負極片及隔膜；所述非水電解液包括非水溶劑；鋰鹽；以及1，3-丙磺酸內(nèi)酯；有機二腈類物質(zhì)。所述非水溶劑包括環(huán)狀碳酸酯和鏈狀碳酸酯。所述環(huán)狀碳酸酯為碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯的至少一種；所述鏈狀碳酸酯為碳酸二乙酯、碳酸二甲酯或碳酸甲乙酯的至少一種。所述有機二腈類物質(zhì)的通式為NC-(CH2)n-CN，其中n=2 4。所述有機二腈類物質(zhì)占所述非水電解液總重量的0.01wt% 10wt%。本發(fā)明克服了在非水電解液中添加阻燃等安全改善添加劑影響循環(huán)性能的缺點，在不影響電池循環(huán)性能的前提下，有效抑制了電池的熱失控，改善了電池的安全特性，拓展了鋰離子電池的應(yīng)用范圍。


圖1為本發(fā)明實施例1飛和比較例I制得的電池的循環(huán)曲線。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的具體實施方式
和有益效果作進一步的說明。本發(fā)明實施例所述非水電解液包括非水溶劑；鋰鹽；以及1，3-丙磺酸內(nèi)酯；有機二腈類物質(zhì)。所述非水溶劑包括環(huán)狀碳酸酯和鏈狀碳酸酯。所述1，3-丙磺酸內(nèi)酯占所述非水電解液總重量的lwt°/T5wt%所述環(huán)狀碳酸酯為碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯的至少一種；所述鏈狀碳酸酯為碳酸二乙酯、碳酸二甲酯或碳酸甲乙酯的至少一種。所述有機二腈類物質(zhì)的通式為NC-(CH2)n_CN，其中n=2 4。所述有機二腈類物質(zhì)占所述非水電解液總重量的0.01wt% 10wt%。本發(fā)明實施例所述鋰離子二次電池，包括外殼，置于所述外殼中的電芯及非水電解液；所述電芯包括正極片、負極片及隔膜；所述非水電解液包括非水溶劑；鋰鹽；以及1，3-丙磺酸內(nèi)酯；
有機二腈類物質(zhì)。所述非水溶劑包括環(huán)狀碳酸酯和鏈狀碳酸酯。所述1，3-丙磺酸內(nèi)酯占所述非水電解液總重量的lwt°/T5wt%所述環(huán)狀碳酸酯為碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯的至少一種；所述鏈狀碳酸酯為碳酸二乙酯、碳酸二甲酯或碳酸甲乙酯的至少一種。所述有機二腈類物質(zhì)的通式為NC- (CH2) n_CN，其中n=2 4。所述有機二腈類物質(zhì)占所述非水電解液總重量的0. 01wt°/Tl0wt%。
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所述的鋰鹽包括LiPF6.所述的電芯是由所述的正極片與負極片與隔膜通過疊片或卷繞形成。所述的正極片包括有正極集流體鋁箔，在所述的正極集流體鋁箔上涂有正極涂料，該正極涂料包括正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑；所述的負極片包括負極集流體銅箔，在所述的負極集流體銅箔上涂有負極涂料，所述負極涂料包括負極活性物質(zhì)，導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑。所述隔膜采用厚度為16 y m的聚乙烯微孔膜。所述外殼可以是鋁殼、鋼殼或鋁塑包裝袋。本發(fā)明所述的非水電解液二次電池可以是硬幣形、紐扣形、片形、圓柱形、扁平形、方形等各種形狀。正極片制作把100重量份的作為正極活性物質(zhì)的LiCoO2與2重量份的導(dǎo)電劑SP’ 2重量份的作為粘結(jié)劑的聚偏氟乙烯以及40重量份的N-甲基-2-吡咯烷酮混合，調(diào)制成糊狀物，把該糊狀物涂布在正極集流體鋁箔上，干燥、壓延形成正極合劑層，得到正極片。負極片制作把100重量份的作為負極活性物質(zhì)的人造石墨與I重量份的導(dǎo)電劑SP，I重量份的作為粘結(jié)劑的丁苯橡膠以及I重量份的作為增稠劑的羧甲基纖維素鈉混合，調(diào)制成糊狀物，把該糊狀物涂布在負極集流體銅箔上，干燥、壓延形成負極合劑層，得到負極片。電池制作在所述正極片和負極片上分別焊接上鋁極耳和鎳極耳，用所述隔膜包裹住所述負極片，然后插入所述正極片，通過疊片或卷繞形成電芯極組，將電芯極組裝入到電池外包裝鋁殼中，然后把本發(fā)明實施例所述非水電解液注入到鋁殼內(nèi)部，然后封住注液口，經(jīng)化成，后處理，制成了測試用的鋰離子二次電池。本發(fā)明實施例所述非水電解液的配制方法如下。實施例1將碳酸乙烯酯(以下稱EC)、碳酸甲乙酯(以下稱EMC)和碳酸丙烯酯(以下稱PC)以重量比為5:4:1的比例配制成混合溶劑。在100重量份該混合溶劑中加入1. 0摩爾/升的LiPF6作為溶質(zhì)溶于其中得到非水電解液。在100重量份的非水電解液中加入2重量份的1，3-丙磺酸內(nèi)酯(PS)，I重量份的碳酸亞乙烯酯(VC)，I重量份的丁二腈。實施例2將EC、EMC和PC以重量比為5:4:1的比例配制成混合溶劑。在100重量份該混合溶劑中加入1. 0摩爾/升的LiPF6作為溶質(zhì)溶于其中得到非水電解液。在100重量份的非水電解液中加入2重量份的1，3-丙磺酸內(nèi)酯(PS)，I重量份的碳酸亞乙烯酯(VC)，1. 5重量份的丁二腈。實施例3將EC、EMC和PC以重量比為5:4:1的比例配制成混合溶劑。在100重量份該混合溶劑中加入1. 0摩爾/升的LiPF6作為溶質(zhì)溶于其中得到非水電解液。在100重量份的非水電解液中加入2重量份的1，3-丙磺酸內(nèi)酯(PS)，I重量份的碳酸亞乙烯酯(VC)，2重量份的丁二腈。實施例4將EC、EMC和PC以重量比為5:4:1的比例配制成混合溶劑。在100重量份該混合溶劑中加入1. 0摩爾/升的LiPF6作為溶質(zhì)溶于其中得到非水電解液。在100重量份的非水電解液中加入2重量份的1，3-丙磺酸內(nèi)酯(PS)，I重量份的碳酸亞乙烯酯(VC)，2. 5重量份的丁二腈。實施例5將EC、EMC和PC以重量比為5:4:1的比例配制成混合溶劑。在100重量份該混合溶劑中加入1. 0摩爾/升的LiPF6作為溶質(zhì)溶于其中得到非水電解液。在100重量份的非水電解液中加入2重量份的1，3-丙磺酸內(nèi)酯(PS)，I重量份的碳酸亞乙烯酯(VC)，3重量份的丁二腈。比較例I將EC、EMC和PC以重量比為5:4:1的比例配制成混合溶劑，在100重量份該混合溶劑中加入1. 0摩爾/升的LiPF6作為溶質(zhì)溶于其中得到非水電解液。在100重量份的非水電解液中加入2重量份 的1，3-丙磺酸內(nèi)酯(PS)，I重量份的碳酸亞乙烯酯(VC)。實施例6將EC、EMC和PC以重量比為5:4:1的比例配制成混合溶劑。在100重量份該混合溶劑中加入1. 0摩爾/升的LiPF6作為溶質(zhì)溶于其中得到非水電解液。在100重量份的非水電解液中加入I重量份的丁二腈。實施例7將EC、EMC和PC以重量比為5:4:1的比例配制成混合溶劑。在100重量份該混合溶劑中加入1. 0摩爾/升的LiPF6作為溶質(zhì)溶于其中得到非水電解液。在100重量份的非水電解液中加入3重量份的1，3-丙磺酸內(nèi)酯(PS)，I重量份的丁二腈。實施例8將EC和碳酸二乙酯(以下稱DEC)以重量比為1:9的比例配制成混合溶劑。在100重量份該混合溶劑中加入0.1摩爾/升的LiPF6作為溶質(zhì)溶于其中得到非水電解液。在100重量份的非水電解液中加入I重量份的1，3-丙磺酸內(nèi)酯(PS)，0.1重量份的碳酸亞乙烯酯(VC)，I重量份的丁二腈。實施例9將EC和DEC以重量比為2:8的比例配制成混合溶劑。在100重量份該混合溶劑中加入1. 0摩爾/升的LiPF6作為溶質(zhì)溶于其中得到非水電解液。在100重量份的非水電解液中加入2重量份的1，3-丙磺酸內(nèi)酯(PS)，I重量份的碳酸亞乙烯酯(VC)，I重量份的丁二腈。
實施例10將EC和EMC以重量比為3:7的比例配制成混合溶劑。在100重量份該混合溶劑中加入1. 5摩爾/升的LiPF6作為溶質(zhì)溶于其中得到非水電解液。在100重量份的非水電解液中加入3重量份的1，3-丙磺酸內(nèi)酯(PS)，2重量份的碳酸亞乙烯酯(VC)，I重量份的丁二腈。實施例11將EC和DMC以重量比為4:6的比例配制成混合溶劑。在100重量份該混合溶劑中加入1. 0摩爾/升的LiPF6作為溶質(zhì)溶于其中得到非水電解液。在100重量份的非水電解液中加入4重量份的1，3-丙磺酸內(nèi)酯(PS)，I重量份的碳酸亞乙烯酯(VC)，I重量份的丁二腈。實施例12將EC和EMC以重量比為5:5的比例配制成混合溶劑。在100重量份該混合溶劑中加入1. 0摩爾/升的LiPF6作為溶質(zhì)溶于其中得到非水電解液。在100重量份的非水電解液中加入5重量份的1，3-丙磺酸內(nèi)酯(PS)，I重量份的碳酸亞乙烯酯(VC)，I重量份的丁二腈。實施例13將EC和EMC以重量比為6:4的比例配制成混合溶劑。在100重量份該混合溶劑中加入1. 0摩爾/升的LiPF6作為溶質(zhì)溶于其中得到非水電解液。在100重量份的非水電解液中加入2重量份的1，3-丙磺酸內(nèi)酯(PS)，I重量份的碳酸亞乙烯酯(VC)，I重量份的丁二腈。實施例14將EC和EMC以重量比為7:3的比例配制成混合溶劑。在100重量份該混合溶劑中加入1. 0摩爾/升的LiPF6作為溶質(zhì)溶于其中得到非水電解液。在100重量份的非水電解液中加入2重量份的1，3-丙磺酸內(nèi)酯(PS)，I重量份的碳酸亞乙烯酯(VC)，I重量份的丁二腈。實施例15將EC和EMC以重量比為8:2的比例配制成混合溶劑。在100重量份該混合溶劑中加入1. 0摩爾/升的LiPF6作為溶質(zhì)溶于其中得到非水電解液。在100重量份的非水電解液中加入2重量份的1，3-丙磺酸內(nèi)酯(PS)，I重量份的碳酸亞乙烯酯(VC)，I重量份的丁二腈。一、鋰離子電池安全特性測試_150°C 30分鐘熱箱測試測試使用實施例1飛和比較例I的非水電解液的鋰離子電池以0. 5C的充電倍率滿充至4. 2V，然后將電池放入恒溫加熱箱，以每分鐘5°C的速率升溫，當電池表面溫度達到.150°C時開始計時，恒溫30分鐘后關(guān)閉加熱，自然降溫。通過的標準是電池不起火不爆炸。所得結(jié)果示于表I。
權(quán)利要求
1.一種非水電解液，其特征在于，包括非水溶劑；鋰鹽；以及 1，3_丙磺酸內(nèi)酯；有機二腈類物質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非水電解液，其特征在于，所述非水溶劑包括環(huán)狀碳酸酯和鏈狀碳酸酯。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非水電解液，其特征在于，所述環(huán)狀碳酸酯為碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯的至少一種；所述鏈狀碳酸酯為碳酸二乙酯、碳酸二甲酯或碳酸甲乙酯的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非水電解液，其特征在于，所述有機二腈類物質(zhì)的通式為 NC- (CH2) n-CN,其中 n=2 4。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非水電解液，其特征在于，所述有機二腈類物質(zhì)占所述非水電解液總重量的O. Olwt % ^lOwt % ο
6.—種鋰離子二次電池,包括外殼,置于所述外殼中的電芯及非水電解液；所述電芯包括正極片、負極片及隔膜；其特征在于，所述非水電解液包括非水溶劑；鋰鹽；以及I,3-丙磺酸內(nèi)酯；有機二腈類物質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子二次電池，其特征在于，所述非水溶劑包括環(huán)狀碳酸酯和鏈狀碳酸酯。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋰離子二次電池，其特征在于，所述環(huán)狀碳酸酯為碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯的至少一種；所述鏈狀碳酸酯為碳酸二乙酯、碳酸二甲酯或碳酸甲乙酯的至少一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子二次電池，其特征在于，所述有機二腈類物質(zhì)的通式為 NC-(CH2)n-CN，其中 n=2 4。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋰離子二次電池，其特征在于，所述有機二腈類物質(zhì)占所述非水電解液總重量的O. Olwt% IOwt%。
全文摘要
本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種安全特性高且不影響電池循環(huán)性能的非水電解液及使用該非水電解液的鋰離子二次電池。該非水電解液包括非水溶劑，鋰鹽，1,3-丙磺酸內(nèi)酯以及有機二腈類物質(zhì)。由于在非水電解液中添加了有機二腈類物質(zhì)，相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明非水電解液在不影響電芯循環(huán)性能的前提下，改善了電池的安全特性。
文檔編號H01M10/0525GK103035946SQ20121058044
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者孫菲, 王琳, 艾志祥, 高俊奎 申請人:天津力神電池股份有限公司