一种适用于全海深范围使用的锂离子电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于全海深范围使用的锂离子电池，包括以锂离子为载流离子的活性正负极、隔膜以及非水系电解液，非水系电解液含有1%～5%的功能添加剂，所述的功能添加剂是比例为10:1的（正全氟丁基磺酰）亚胺锂和葫芦素的混合物；由于含有能在正极活性物质表面形成良好保护层的电解液，在提高电池承压能力的同时不降低电池的倍率性能；由于电池中活性物质与电解液之间更加稳定的三维弹性界面，从而使得含有该电解液的锂离子电池具有更好的直接承受深海压力的能力。

A kind of lithium-ion battery suitable for deep sea use and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种适用于全海深范围使用的锂离子电池及其制备方法
本专利技术属于电池
，涉及非水电解液的锂一次电池，特别涉及一种适应于全海深运行的锂离子电池成分设计。
技术介绍
具有万米耐压能力的电池是深海装备的核“芯”动力，开展其研究是21世纪国家海洋战略需求及海军使命的拓展。进入新世纪以来，世界范围内海洋的国家战略地位得到前所未有的提高，海洋科学的探索、海洋资源的开发与争夺成为当下各国展现综合实力的新舞台。锂离子电池由于其高比能、高比功率特性已经成为最具潜力的深海装备用电池，用锂离子电池替换深海潜器传统的银锌电池可大幅提升深海装备的续航能力、电负载能力等。但锂离子电池能否承受深海巨大的海水压力是制约其应用于深海装备的首要难题。目前，应用于深海装备的锂离子电池主要采用两种承压方式：（1）依靠承压壳体承压；（2）锂离子电池直接承压。前者所需的厚重壳体使得整个电池系统的质量比能大大降低，难以满足深海装备发展的需求。后者由于锂离子电池直接承压，对电池技术水平的要求高，其耐深海压力的能力评估尚不明确。如何考察经过耐压设计的锂离子电池能否真正承受深海复杂的压力环境，保障深海潜器在全海深范围内安全运行，已成为深海电池技术的瓶颈技术之一。在万米深海处，海底压力达到100MPa以上，普通的商用锂离子电池直接承受，在压力下容易发生短路造成电池不可逆转的损毁，进而给深海潜器带来极大的安全隐患。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是克服现有技术的不足，提供一种适用于全海深范围使用的锂离子电池。为了实现上述目的，本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种适用于全海深范围使用的锂离子电池，包括以锂离子为载流离子的活性正负极以及隔膜和非水系电解液，至少含有提升电池耐深海压力的非水系电解液，其中非水系电解液中至少含有可以同时在电池正极活性物质与电解液界面、负极活性物质与电解液界面生成三维弹性固体电解质膜的功能添加剂，其中功能添加剂的含量为电解液成分的1%-5%（质量百分比），其中功能添加剂含有（正全氟丁基磺酰）亚胺锂（LiFNFSI）和葫芦素的混合物，比例为10:1（质量百分比）。所述的一种适用于全海深范围使用的锂离子电池，非水系电解液还包含其它SEI成膜剂、抗过充添加剂、阻燃剂或/和稳定剂。进一步，所述的SEI成膜剂是以下SEI成膜剂中的一种或二种以上混合物：碳酸亚乙烯酯（VC）、氟代乙烯酯（FEC）、氯代乙烯酯（ClEC）、丙烷磺酸内酯（PS）、丁烷磺酸内酯、四烷基-二烯基硅氧烷及（对乙烯基苯磺酰）（全氟烷基磺酰）亚胺盐。所述的一种适用于全海深范围使用的锂离子电池，非水系电解液还包含包括锂盐和有机溶剂；其中锂盐为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、双草酸硼酸锂、双三氟甲基磺酸亚酰胺锂和三氟甲基磺酸锂、双氟磺酰亚胺锂、高氯酸锂中的一种或多种；其中有机溶剂是环状碳酸酯、链状线型碳酸酯、羧酸酯、环状内酯中的一种或两种以上的混合溶剂。本专利技术的目的之二是提供一种适用于全海深范围使用的锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：（1）将碳酸乙烯酯、碳酸二甲脂溶剂以体积比1:1混合后，向其中加入六氟磷酸锂配成电解液，并在该溶液中加入1%（质量百分比）的复合功能添加剂，其中复合功能添加剂是（正全氟丁基磺酰）亚胺锂（LiFNFSI）和葫芦素的混合物，比例为10:1（质量百分比），在60℃将所得电解液搅拌至复合功能添加剂完全溶解，再在25℃在所得电解液中加入1%（质量百分比）的阻燃添加剂氟代碳酸乙烯酯、1%（质量百分比）的成膜添加剂碳酸亚乙烯脂，将所得电解液搅拌均匀即为本专利技术的电解液；（2）将锂离子正极材料作为活性物质与导电添加剂、粘结剂混合制成均一的复合浆料，将浆料均匀双面涂覆在作为集流体的铝箔上，然后在60℃下烘干形成厚度为150μm的薄膜，烘干后得到锂离子正极材料占总涂覆物的95wt%，粘接剂占2wt%，导电剂占3wt%的正极片；（3）然后将所得正极片放入氩气手套箱中，将聚丙烯多孔膜放在正极片和负极片之间，加入电解液，使电极片完全浸润，组装成软包锂离子电池，其中电池中的负极为石墨，正极集流体紧挨正极活性物质，负极集流体紧挨负极活性物质。本专利技术的有益效果是：锂离子电池中含有能在电极活性物质表面形成良好保护层的电解液，在提高电池承压能力的同时不降低电池的倍率性能；电池中活性物质与电解液之间更加稳定的三维弹性界面，从而使得含有该电解液的锂离子电池具有更好的直接承受深海压力的能力。本专利技术锂离子电池在模拟万米压力环境的放电测试中经过循环后，比容量仍然保持在常压水平99%以上，具有良好的深海耐压性。附图说明图1为实施例1中B1电池耐压测试第500次放电中磷酸铁锂的比容量与电压关系曲线；图2为实施例2中B3电池耐压测试第500次放电中磷酸铁锂的比容量与电压关系曲线；图3为对比例1中B1电池与B2电池的交流阻抗测试谱。具体实施方式下面结合实施例，对本专利技术进行进一步的详细说明，但并不意于限制本专利技术的保护范围。实施例1本实施例用于说明本专利技术提供的锂离子电池及其制备方法。本专利技术提供的锂离子电池，包括以锂离子为载流离子的活性正负极以及隔膜和非水系电解液，至少含有提升电池耐深海压力的非水系电解液，其中非水系电解液中至少含有可以同时在电池正极活性物质与电解液界面、负极活性物质与电解液界面生成三维弹性固体电解质膜的功能添加剂，其中功能添加剂的含量为电解液成分的1%-5%（质量百分比），其中功能添加剂含有（正全氟丁基磺酰）亚胺锂（LiFNFSI）和葫芦素的混合物，比例为10:1（质量百分比）。其中非水系电解液还包含其它SEI成膜剂、抗过充添加剂、阻燃剂或/和稳定剂；所述的SEI成膜剂是以下SEI成膜剂中的一种或二种以上混合物：碳酸亚乙烯酯（VC）、氟代乙烯酯（FEC）、氯代乙烯酯（ClEC）、丙烷磺酸内酯（PS）、丁烷磺酸内酯、四烷基-二烯基硅氧烷及（对乙烯基苯磺酰）（全氟烷基磺酰）亚胺盐。其中非水系电解液还包含包括锂盐和有机溶剂；所述的锂盐为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、双草酸硼酸锂、双三氟甲基磺酸亚酰胺锂和三氟甲基磺酸锂、双氟磺酰亚胺锂、高氯酸锂中的一种或多种；所述的有机溶剂是环状碳酸酯、链状线型碳酸酯、羧酸酯、环状内酯中的一种或两种以上的混合溶剂。本专利技术提供的锂离子电池制备方法，包括以下步骤：室温下，在手套箱中，将碳酸乙烯酯（EC，化学式为C3H4O3）、碳酸二甲脂（DMC，化学式为C3H6O3）溶剂以体积比1:1混合后，向其中加入六氟磷酸锂（LiPF6）配成LiPF4浓度为1摩尔/升的电解液，并在该溶液中加入1%（质量百分比）的复合功能添加剂，其中复合功能添加剂是（正全氟丁基磺酰）亚胺锂（LiFNFSI）和葫芦素的混合物，比例为10:1（质量百分比），在60℃将所得电解液搅拌至复合功能添加剂完全溶解，再在25℃在所得电解液中加入1%（质量百分比）的阻燃添加剂氟代碳酸乙烯酯（FEC本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于全海深范围使用的锂离子电池，其特征在于：包括以锂离子为载流离子的活性正负极、隔膜以及非水系电解液，所述的非水系电解液含有1%～5%的功能添加剂，用于同时在正极活性物质与电解液界面、负极活性物质与电解液界面生成三维弹性固体电解质膜，所述的功能添加剂是比例为10:1的（正全氟丁基磺酰）亚胺锂和葫芦素的混合物。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于全海深范围使用的锂离子电池，其特征在于：包括以锂离子为载流离子的活性正负极、隔膜以及非水系电解液，所述的非水系电解液含有1%～5%的功能添加剂，用于同时在正极活性物质与电解液界面、负极活性物质与电解液界面生成三维弹性固体电解质膜，所述的功能添加剂是比例为10:1的（正全氟丁基磺酰）亚胺锂和葫芦素的混合物。


2.根据权利要求1所述的一种适用于全海深范围使用的锂离子电池，其特征在于，所述的非水系电解液还包含SEI成膜剂、抗过充添加剂、阻燃剂或/和稳定剂。


3.根据权利要求2所述的一种适用于全海深范围使用的锂离子电池，其特征在于，所述的SEI成膜剂是以下一种或二种以上的混合物：碳酸亚乙烯酯、氟代乙烯酯、氯代乙烯酯、丙烷磺酸内酯、丁烷磺酸内酯、四烷基-二烯基硅氧烷及（对乙烯基苯磺酰）（全氟烷基磺酰）亚胺盐。


4.根据权利要求1所述的一种适用于全海深范围使用的锂离子电池，其特征在于，所述的非水系电解液还包含包括锂盐和有机溶剂；所述的锂盐为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、双草酸硼酸锂、双三氟甲基磺酸亚...

【专利技术属性】
技术研发人员：周思思，余峰，黄文刚，田闪，林立，
申请(专利权)人：武汉船用电力推进装置研究所中国船舶重工集团公司第七一二研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42