一種鋰-氟化碳電池用電解液的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋰電池材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種鋰-氟化碳電池用電解液。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬鋰一次電池種類繁多，具有較高的比能量和工作電壓，目前發(fā)展較為成熟的體系主要有鋰-二氧化錳電池、鋰-亞硫酰氯電池、鋰-二氧化硫電池等，能量密度一般能達到250-350Wh/kg。近年來，鋰-氟化碳電池因具有更高能量密度優(yōu)勢而備受關(guān)注，目前該電池體系的能量密度能夠達到500Wh/kg，并且仍具有較大提升空間。由電解質(zhì)和溶劑配制成的電解液是電池的重要組成部分之一，其理化性能對電池材料性能的發(fā)揮起著至關(guān)重要的作用。
[0003]目前，鋰-氟化碳電池使用的電解液主要是沿用鋰-二氧化錳電池體系的電解液，主要配方為=LiClO4作為電解質(zhì)，碳酸丙烯酯或乙二醇二甲醚作為溶劑。由于二氧化錳與氟化碳的性能不同，氟化碳與鋰-二氧化錳電池體系用的電解液相容性差，采用上述電解液制成的鋰-氟化碳電池不僅在放電過程中由于產(chǎn)熱造成安全隱患，而且制約了氟化碳在電池中對放電電流密度、倍率放電性能、放電電壓平臺和電池能量密度的發(fā)揮，導致鋰-氟化碳電池放電電流密度、放電電壓平臺和電池能量密度低，倍率放電性能差。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種與氟化碳相容性好，能夠提高鋰-氟化碳電池放電電流密度、放電電壓平臺和能量密度，提高倍率放電性能的一種鋰-氟化碳電池用電解液。
[0005]本發(fā)明包括如下技術(shù)方案:
[0006]一種鋰-氟化碳電池用電解液，包括鋰鹽和溶劑形成的混合溶液，其特點是:所述溶劑為含硫基團的化合物；所述混合溶液中鋰鹽的濃度為1±0.8mol.Γ1。
[0007]本發(fā)明還可以采用如下技術(shù)措施:
[0008]所述含硫基團的化合物為DMSO、TMS、亞硫酸二甲酯、亞硫酸二乙酯、亞硫酸亞乙酯、硫酸亞乙酯、亞硫酸丙烯酯、硫酸丙烯酯、亞硫酸丁烯酯之一種。
[0009]所述鋰鹽為LiBF4、LiPF6, LiAsF6, LiClO4, LiBOB, LiDFOB, LiCF3SO3' LiN(SO2CF3)、LiC(SO2CF3)3中的一種或一種以上的混合物。
[0010]本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果:
[0011]1、本發(fā)明采用含硫基團的化合物作為電解液中的溶劑，能夠使電解液與氟化碳正極材料具有更好的相容性，同時，含硫基團溶劑能顯著提高電解液的電導率，降低電解液粘度，提高Li+的遷移速率，從而提高了鋰-氟化碳電池的放電電壓，提高電池放電電流密度，提升電池的放電比能量。
[0012]2、本發(fā)明采用含硫元素溶劑與有機及無機陰離子電解質(zhì)鋰鹽進行混合配制鋰-氟化碳電池電解液，能夠進一步提高放電電壓平臺，提高放電比能量。
[0013]3、本發(fā)明制作簡單，實用性強，有著廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明DMSO為溶劑的電解液組裝成電池與市售鋰-二氧化錳電池電解液組裝成電池的放電曲線比較圖；
[0015]圖2是本發(fā)明環(huán)丁砜基為溶劑、LiCL04為鋰鹽的電解液組裝成電池的放電曲線圖；
[0016]圖3是本發(fā)明DMSO為溶劑、LiTFSI為鋰鹽的電解液組裝成電池進行不同倍率的放電曲線圖；
[0017]圖4是圖3中電池放電前后阻抗圖譜測試圖。
【具體實施方式】
[0018]為能進一步公開本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
、特點及功效，特例舉以下實例并結(jié)合附圖進行詳細說明如下。
[0019]一種鋰-氟化碳電池用電解液，包括鋰鹽和溶劑形成的混合溶液，其特點是:所述溶劑為含硫基團的化合物；所述混合溶液中鋰鹽的濃度為1±0.8mol.Γ1。
[0020]所述含硫基團的化合物為DMSO、TMS、亞硫酸二甲酯、亞硫酸二乙酯、亞硫酸亞乙酯、硫酸亞乙酯、亞硫酸丙烯酯、硫酸丙烯酯、亞硫酸丁烯酯之一種。
[0021]所述鋰鹽為LiBF4、LiPF6, LiAsF6, LiClO4, LiBOB, LiDFOB, LiCF3SO3' LiN(SO2CF3)、LiC(SO2CF3)3中的一種或一種以上的混合物。
[0022]本發(fā)明的制作過程
[0023]實施例1:
[0024]⑴在充滿氬氣的室溫手套箱內(nèi)，分別稱取3.038g的LiPF6和25g的DMSO ；
[0025]⑵將稱取的LiPF6置于20ml的容量瓶中，滴加DMSO溶劑至容量瓶的三分之二處，輕輕搖勻直至鋰鹽完全溶解，形成混合溶液；
[0026]⑶繼續(xù)滴入DMSO至容量瓶刻度線處，搖晃容量瓶，至溶液混合均勻，使混合溶液中LiPF6的濃度達到Imol.Γ1，即形成鋰-氟化碳電池電解液。
[0027]實施例2:
[0028]⑴在充滿氬氣的室溫手套箱內(nèi)，分別稱取2.128g的LiClO4和25g的DMSO ；
[0029]⑵將稱取的LiClO4置于20ml的容量瓶中，滴加DMSO溶劑至容量瓶的三分之二處，
輕輕搖勻直至鋰鹽完全溶解，形成混合溶液；
[0030]⑶繼續(xù)滴入DMSO至容量瓶刻度線處，搖晃容量瓶，至溶液混合均勻，使混合溶液中LiClO4的濃度達到Imol.Γ1，即形成鋰-氟化碳電池電解液。
[0031]實施例3:
[0032]⑴在充滿氬氣的室溫手套箱內(nèi)，分別稱取5.742g的LiTFSI和25g的DMSO ；
[0033]⑵將稱取的LiTFSI置于20ml的容量瓶中，滴加DMSO溶劑至容量瓶的三分之二處，輕輕搖勻直至鋰鹽完全溶解，形成混合溶液；
[0034]⑶繼續(xù)滴入DMSO至容量瓶刻度線處，搖晃容量瓶，至溶液混合均勻，使混合溶液中LiTFSI的濃度達到Imol.Γ1，即形成鋰-氟化碳電池電解液。
[0035]實施例4:
[0036]⑴在充滿氬氣的室溫手套箱內(nèi)，分別稱取2.66g的LiCLO4和25g的溶劑環(huán)丁砜；
[0037]⑵將稱取的LiCLO4置于25ml的容量瓶中，滴加環(huán)丁砜溶劑至容量瓶的三分之二處，輕輕搖勻直至鋰鹽完全溶解，形成混合溶液；
[0038]⑶繼續(xù)滴入環(huán)丁砜至容量瓶刻度線處，搖晃容量瓶，至溶液混合均勻，使混合溶液中LiCLO4的濃度達到Imol.Γ1，即形成鋰-氟化碳電池電解液。
[0039]比較例
[0040]市售鋰-二氧化錳電池電解液，主要溶劑為碳酸丙烯酯、乙二醇二甲醚，電解質(zhì)鋰鹽為高氯酸鋰，鋰鹽濃度為Imol.Γ1。
[0041 ] 制作鋰-氟化碳電池:
[0042]室溫下將氟化石墨正極材料、導電劑SP、粘接劑聚偏二氟乙烯(PVDF)按照85:7:8的比例進行勻衆(zhòng)，溶劑為N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)，固含量為25%，均勻涂覆于0.02mm厚的鋁箔上，經(jīng)過烘干、輥壓、裁片，制成Φ16πιπι的氟化碳正電極片；
[0043]正極統(tǒng)一采用氟化碳正電極片，負極采用金屬鋰電極，電解液依次采用實施例1、實施例2、實施例3、實施例4和比較例中的電解液分別制作出CR2430鋰-氟化碳電池。實施例I中電解液制作的電池為1#電池、實施例2中電解液制作的電池為2#電池、實施例3中電解液制作的電池為3#電池、實施例4中電解液制作的電池為4#電池、比較例中電解液制作的電池為5#電池。
[0044]電池倍率放電及阻抗測試試驗:
[0045]1,1#電池、2#電池、3#電池和5#電池倍率放電試驗:
[0046]將1#電池、2#電池、3#電池和5#電池制作完成擱置24小時后，在放電倍率為0.1C，放電截止電壓為1.5伏條件下進行放電測試，測試結(jié)果見圖1所示的放電曲線；1#電池、2#電池、3#電池均為DMSO溶劑的電解液組裝的電池，放電平臺均為2.7伏；5#電池為市售鋰-二氧化錳電池電解液組裝的電池，放電平臺為2.5伏，平臺電壓提高了 0.2伏；試驗結(jié)果表明，采用本發(fā)明制作的電解液制成的鋰-氟化碳電池提高了放電電壓平臺和放電比能量。
[0047]2、4#電池倍率放電試驗:
[0048]將上述4#電池制作完成擱置24小時后，在放電倍率為0.1C，放電截止電壓為1.5伏條件下進行放電測試，測試結(jié)果見圖2所示的放電曲線；由附圖2可見，盡管溶劑環(huán)丁砜的粘度稍大，但是與高氯酸鋰混合后，0.1C仍舊能放出786.6mAh/g的放電比容量，可見含硫基團溶劑能顯著提高電解液的電導率，提高了 Li+的遷移速率，有效提高了電池的倍率放電性能。
[0049]3,3#電池不同倍率條件放電及放電前后阻抗測試試驗:
[0050]將上述3#電池分別以0.1C、0.5C及IC倍率放電，放電截止電壓為1.5伏條件下進行放電測試，測試結(jié)果見圖3所示的放電曲線；用輸力強電化學工作站進行阻抗圖譜測試，振幅為5mv/s，頻率范圍為0.01?16HZ,對3#電池不同倍率放電前后進行阻抗測試，測試的阻抗大小對比結(jié)果如圖4所示。圖3和圖4的數(shù)據(jù)表明，放電后的電池阻抗明顯小于放電前的電池阻抗，試驗表明含硫基團溶劑能顯著提高電解液的電導率，降低電解液粘度，提高Li+的遷移速率，從而提高鋰-氟化碳電池的放電電壓，提高電池放電電流密度，提升電池的放電比能量。
[0051]盡管上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護的范圍情況下，還可以作出很多形式。這些均屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種鋰-氟化碳電池用電解液，包括鋰鹽和溶劑形成的混合溶液，其特征在于:所述溶劑為含硫基團的化合物；所述混合溶液中鋰鹽的濃度為1±0.8mol.Γ1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰-氟化碳電池用電解液，其特征在于:所述含硫基團的化合物為DMSO、TMS、亞硫酸二甲酯、亞硫酸二乙酯、亞硫酸亞乙酯、硫酸亞乙酯、亞硫酸丙烯酯、硫酸丙烯酯、亞硫酸丁烯酯之一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰-氟化碳電池用電解液，其特征在于:所述鋰鹽為LiBF4' LiPF6, LiAsF6, LiClO4' LiBOB, LiDFOB, LiCF3SO3' LiN (SO2CF3)、LiC (SO2CF3) 3 中的一種或一種以上的混合物。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鋰-氟化碳電池用電解液，包括鋰鹽和溶劑形成的混合溶液，其特點是：所述溶劑為含硫基團的化合物；所述混合溶液中鋰鹽的濃度為1±0.8mol·l-1；所述含硫基團的化合物為DMSO、TMS、亞硫酸二甲酯、亞硫酸二乙酯、亞硫酸亞乙酯、硫酸亞乙酯、亞硫酸丙烯酯、硫酸丙烯酯、亞硫酸丁烯酯之一種。本發(fā)明采用含硫基團的化合物作為電解液中的溶劑，能夠使電解液與氟化碳正極材料具有更好的相容性，同時，含硫基團溶劑能顯著提高電解液的電導率，降低電解液粘度，提高Li+的遷移速率，從而提高了鋰-氟化碳電池的放電電壓，提高電池放電電流密度，提升電池的放電比能量。
【IPC分類】H01M10-0569
【公開號】CN104577201
【申請?zhí)枴緾N201310478283
【發(fā)明人】丁飛, 郝明明, 張晶, 桑林
【申請人】中國電子科技集團公司第十八研究所
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2013年10月14日