[发明专利]硝酸锂非水溶剂电解液、制备方法及其锂/二硫化铁电池

说明书

技术领域

本发明硝酸锂非水溶剂电解液、制备方法及其锂/二硫化铁电池属于电池领域，特别是涉及一种使用含硝酸锂非水溶剂电解液的制备方法及其锂/二硫化铁电池。

背景技术

近年来以电池作为供电电源的电子产品的飞速发展，对电池各方面性能提出了更高的要求，特别是对电池的能量密度和功率密度的要求越来越高。在这种发展趋势中，普通碱锰电池大电流放电能力差的缺点表现得越来越明显。以数码相机为例，普通碱锰电池的工作时间非常短，大部分容量没有放出，所以在这些特定场合应用中，普通碱锰电池是不合适的或者说是非常浪费的。以金属锂或锂铝合金为负极，二硫化铁为正极活性物质的一次锂电池，具有高能量密度以及大电流放电性能优异等特点，且其1.5V的电压与普通碱性电池一致，因此被认为是碱性电池的优良替代产品。专利CN200480034479.5公开了一种高放电容量的锂/二硫化铁电池技术。与碱锰电池在1A放电容量只有300mAh容量比较，锂/二硫化铁体系在1A放电电流下其容量能达到3000mAh。由此可见锂/二硫化铁电池在能量密度和功率密度上的优势十分明显。

金属锂遇水会发生剧烈反应，因此锂/二硫化铁电池体系中其电解液通常都采用非水有机溶剂。此类非水有机溶剂包括：环状碳酸酯、链状碳酸酯、烷基醋酸酯、乙二醇醚、乙二醇酯、丁内酯、环氧戊环以及磷酸酯等。这些有机溶剂不会与金属锂发生剧烈反应。但是由于金属锂的电位比这些溶剂低，且金属锂非常活泼，再加上溶剂中杂质以及微量水的存在，导致金属锂与溶剂接触的界面会形成一层钝化膜。这层钝化膜往往电绝缘且离子绝缘，影响电池内导电离子的迁移，从而增大电池的内阻和滞后电压，降低电池放电电压和放电容量。钝化膜的形成造成放电过程中电池电压降大、容量损失严重。但是这层钝化膜的形成是不可避免的，近年来有研究报道在电解液中添加碘或溴单质减弱负极锂表面钝化膜的形成，例如专利US7595133、专利US 20080057403A1、专利US 20100003595A1。另外碘化锡添加剂也能够起到减缓负极锂表面钝化，消除滞后电压的作用。这些添加剂有利于提高锂/二硫化铁电池的存储寿命和放电容量。碘单质易升华、溴单质为气态且皆为强毒性物质，作为电解液添加剂其浓度难以控制，电解液配制过程较复杂。碘化锡比较昂贵，加重生产成本。有需要进一步研究非水溶剂电解液的添加剂，在电解液中的浓度易控制，保护金属锂负极不受电解液的持续钝化，从而增强了电池的放电性能，减小滞后电压，并且存储寿命延长。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处，而提供一种在电解液中的浓度易控制，操作简单，能够保护金属锂负极不受电解液的持续钝化，增强电池的放电性能，减小滞后电压，存储寿命延长的硝酸锂非水溶剂电解液制备方法。

本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处，而提供一种电池的放电性能以及存储性能得以提升的锂/二硫化铁电池。

本发明的硝酸锂非水溶剂电解液包含非水混合溶剂、硝酸锂和锂盐，硝酸锂在非水溶剂中的体积摩尔浓度为0.001～0.2M，锂盐是碘化锂、三氟甲基磺酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂或其中二者的混合有机非质子性溶液，锂盐体积摩尔浓度为0.1～2M，非水混合溶剂包含乙二醇二甲醚、二氧戊环、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二丁酯、四氢呋喃、二甲基甲酰胺的一种或其中两种以上的混合物。电解液采用硝酸锂非水溶剂电解液作为锂/二硫化铁的电化学反应媒介。

硝酸锂非水溶剂电解液制备方法是在非水混合溶剂中加入硝酸锂，硝酸锂在非水溶剂中的浓度为0.001～0.2M，非水混合溶剂包含乙二醇二甲醚、二氧戊环、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二丁酯、四氢呋喃、二甲基甲酰胺的一种或其中两种以上的混合物，非水溶剂中导电锂盐体积摩尔浓度为0.1～2M，锂盐是碘化锂、三氟甲基磺酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂的一种或两种以上的混合物的混合有机质子性溶液。

本发明的硝酸锂非水溶剂电解液制备方法是二氧戊环和乙二醇二甲醚配制成体积比2∶1的混合溶剂，纯度为99％的无水硝酸锂溶解在混合溶剂中，配制成含硝酸锂体积摩尔浓度0.01M～2M的非水溶剂混合体，非水溶剂中其他导电锂盐体积摩尔浓度为0.1～2M，锂盐是碘化锂、三氟甲基磺酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂的一种或其中二种的混合有机非质子性溶液。