改善水系负极锂离子动力电池充放电性能的非水电解液制造技术

本发明专利技术提供了可改善水系负极锂离子动力电池大倍率循环和低温放电行为的非水电解液体系。该电解液由锂盐、有机溶剂和特殊功能添加剂组成。锂盐为LiPF6、LiBF4、LiBOB、LiPF3(C2F5)3中的一种或它们的组合物。非水有机溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙烯酯、联苯和碳酸亚乙烯酯，功能添加剂由硫酸乙烯酯、甲烷二磺酸亚甲酯、马来酸酐和乙醇胺中的三种以上组合，功能添加剂的加入量为0.1％～6％。本发明专利技术的电解液应用于制造以含镍钴锰酸锂为正极活性物质、水系石墨负极的圆柱型18650锂离子电池。通过加入含硫的酯等添加剂于此电解液中，可大大改善该锂离子电池的充放电循环和大电流低温放电特性。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】
本专利技术涉及一种明显改善圆柱体18650型水系负极锂离子动力电池的高倍率充放电循环和低温放电性能的非水有机电解液并匹配有特殊功能的添加剂，属于材料
该电池包含正极片、负极片、隔膜、电解液及电池外壳，正极片由铝箔涂覆正极浆料构成，负极片由铜箔涂覆水系负极浆料构成，隔膜为具有微孔的聚丙烯或聚乙烯或三层聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯复合薄膜，电池外壳由不锈钢壳体和盖帽组成。电池外形为圆柱体，圆柱直径18_，高65_，电池极组为缠绕型电极组件。【
技术介绍
】随着锂离子电池研究和开发技术的不断发展，人们越来越重视在降低成本的同时注重电池生产过程和本身不能有对环境的污染，具有绿色产品的特点。镍钴锰酸锂三元正极材料综合了 LiCO02、LiNi0jP LiMnO2比能量和比功率性能、结构稳定等优点。已成为当前提高锂离子电池性能且降低成本的重要研究方向之一。尖晶石锰酸锂具有三维隧道结构，锂离子脱嵌方便，而且锰资源丰富、价格低廉、对环境友好、安全性高，也适合用作锂离子电池正极材料。但是尖晶石锰酸锂电池在使用过程中，尤其在高温条件下容量衰减和阻抗增加尤为严重。由CMC作溶剂，SBR为粘结剂的水系方法制备石墨负极已越来越广泛地应用在锂离子动力电池方面，它不但降低电极材料成本，而且生产工艺过程对环境的污染很小。但跟NMP+PVDF油系方法制备负极比较，相应电池在大电流充放电循环和低温放电性能方面要差得多，特别是电动工具用圆柱型18650锂离子动力电池的充放电性能，由于电池内阻通常较高，大电流放电特征不显著，放电电压偏低以及高倍率放电循环不如油系负极电池。为此，选择在一个较宽的温度范围内具有优良的锂离子导电性和物理化学稳定性的非水有机电解液组成并能很好地同电极相容，可有效地改善水系负极锂离子动力电池的充放电性倉泛。锂离子电池电解液通常由锂盐、非水有机溶剂以及少量的功能添加剂组成。锂盐一般主要有 LiPF6、LiBF4、LiBOB, LiPF3 (C2F5) 3 等等，有机溶剂为 EC、PC、DMC,DEC、EMC 等等，添加剂种类繁多，不同用途和电极体系的电池，使用的添加剂也不同，找到一个具有较稳定的物理化学性质电解液种类和组成并能与正负极匹配相容，将会有效地改善锂离子动力电池的高倍率充放电行为。因此，开发水系负极锂离子电池用电解液并匹配特定的功能添加剂，对于提高动力电池的放电特性和充放电循环行为都是具有十分重要的意义。【
技术实现思路
】本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种可显著改善水系负极锂离子动力电池的高倍率充放电循环并具有很好的低温放电行为的电解液组成并匹配具有稳定功能的添加剂，该电解液中由于稳定添加剂的加入，进一步改善了电池电极表面SEI(固体电解质界面)多孔膜稳定性，减少电极表面副反应的发生，稳定整个电池电阻的增加。本专利技术通过以下技术方案实现:设计一种显著改善锂离子电池充放电行为的电解液体系并匹配具有特殊功能的添加剂，该电解液由三类成分组成:锂盐、非水有机溶剂和常用添加剂、功能添加剂。所述锂盐分子式为如下化合物中的一种或一种以上混合物:LiPF6，LiBOB, LiBF4,LiPF3(C2F5)3O溶剂组成主要包括，PC, EC, EMC, DMC以及常用添加剂VC，BP等。所述功能添加剂选自硫酸乙烯酯、马来酸酐，甲烷二磺酸亚甲酯、乙醇胺中的三种以上组合，此添加剂的加入量为电解液总重量的0.1 %?7 %。所述的电解液应用于制造以NMC三元活性材料为正极材料，水系方法制备的改性石墨负极的锂离子电池。本专利技术提供的锂离子动力电池包括正极片、隔膜、电解液及电池外壳，负极片浆料中除了人造石墨粉90% -96%、粘结剂1% -4%外，还包括1% -6%的符合导电剂。所述的复合导电剂为SuperP、导电石墨、科琴黑中的一种以上，粘结剂为丁苯橡胶SBR。本专利技术提供的圆柱型18650-1500mAh电动工具用锂离子动力电池负极制造方法，包括以下步骤:(I)将人造石墨和复合导电剂置于含粘结剂SBR(L 5%-4.5%)的CMC水溶液中，通过搅拌混匀形成负极浆料；(2)将负极浆料涂覆在10 μ m厚的金属铜箔上，在70°C _100°C的温度下烘干；(3)将烘干的负极辊压、分条，制成特定尺寸的带极耳的负极片；本专利技术制造的锂离子动力电池具有较低的电池内阻，放电容量不低于1500mAh，可以实现20A以上大电流放电，放电效率高，循环性能优越。低温_20°C 15A(1C)放电得到显著的改善。本专利技术的有益效果是:在选定好的锂离子电池电解液中加入特殊功能添加剂，可有效改善锂离子电池负极表面SEI (固体电解质界面)多孔膜物理化学稳定性质，减少电极表面负反应发生，从而抑制电池阻抗上升造成的电池性能加速衰减。提高电池的高倍率充放电循环和低温放电特性。【【附图说明】】图1为常温和低温下，实施例1，2和对比例I电池的15A放电曲线，电压范围:4.2V-2.0V。图2为常温下实施例1，2和对比例I电池的20A充放电循环，充电电流1.5A，充放电电压范围:4.2V-2.0V。【【具体实施方式】】下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步详细的描述，这些具体实施例为本专利技术的优选实施例，并不能对本专利技术的权力要求进行限定，本专利技术尚有多种其它具体的实施方式，凡采用等同替换或者等效变换而形成的所有技术方案，均属于本专利技术要求保护的范围之内。对比例1:将锂盐LiPF6溶解在碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯，碳酸丙烯酯的混合溶剂中，其中碳酸乙烯酯:碳酸二甲酯:碳酸甲乙酯:碳酸丙烯酯的质量比是2: 3.5:1: 0.5，1^?匕的浓度为111101/1。然后向该溶液中按电解液总重量的1(%加入碳酸亚乙烯酯(VC)，1%联苯(BP)，S卩制得对比电解液。根据本专利技术权利要求书所要求内容，选用的电动工具用锂离子动力电池为圆柱18650型1500mAh。正极活性物质为NMC三元材料。负极活性物质为改性石墨，并采用水系方法制得。实施例1:将LiPF6锂盐溶解在碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯，碳酸丙烯酯的混合溶齐IJ中。与对比例I中电解液溶剂组成配比相同，其中碳酸乙烯酯:碳酸二甲酯:碳酸甲乙酯:碳酸丙烯酯的质量比是2: 3.5: I: 0.5，LiPF6的浓度为lmol/L。常用添加剂VC和BP用量同对比例相同。然后向该溶液中按电解液总重量的1.0%加入马来酸酐，按电解液总重量的1%加入乙醇胺，按电解液总重量的1%加入甲烷二硫酸亚甲酯，即制得所需电解液。该电解液应用于对比例I中相同设计的电池中。实施例2:与对比例I中电解液主体溶剂相同，将锂盐LiPF6溶解在碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯的混合溶剂中，其中碳酸乙烯酯:碳酸二甲酯:碳酸甲乙酯:碳酸二乙酯的质量比是2: 3.5:1: 0.5，LiPF6的浓度为1.0mol/L。然后向该溶液中按电解液总重量的1.0%加入硫酸乙烯酯，0.5%加入马来酸酐，1.5%加入甲烷二硫酸亚甲酯，即制得所需电解液。该电解液应用于对比例I中相同设计的电池中。根据图1在常温23°C和_20°C环境条件下15A放电电压时间曲线图，可以看出，用本专利技术的电解液制作的电池可在_20°C低温下进行15A(1C)放电。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能明显改善水系负极的18650型锂离子动力电池充放电行为的非水电解液，其特征在于该电解液由三类成分组成：锂盐、非水有机溶剂和常用添加剂、功能添加剂，该电解液应用于制造以含镍钴锰酸锂三元(NMC)正极活性材料和水系条件下制备的改性石墨负极锂离子动力电池。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：沈晓彦，徐建平，张勤，冯力，
申请(专利权)人：江苏海四达电源股份有限公司，江苏省新动力电池及其材料工程技术研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32