一种用于锂锰电池的有机溶剂体系.pdf

本发明涉及一种用于Li/MnO2电池的有机溶剂体系。
    为了改善Li/MnO2电池的放电特性和温度特性，合理选择有机电解质溶液是十分重要的。目前国内外普遍采用的方法是以高氯酸锂（LiClO4）作电解质，以碳酸丙稀酯（PC）和乙二醇二甲醚（DME）的二元混合体系作溶剂。此外，也有用乙氧基甲氧苯乙烷（EME）取代DME以及用三氟甲基磺酸锂（LiCF3SO3）取代LiClO4的。用上述方法制造的Li/MnO2电池，其特点在于它具有较高的比能量（达250瓦时/公斤和500瓦时/升），较高的电性能稳定性和使用安全性。但是，它只适合在-20℃～+60℃温度范围内，以0.25mA/cm2电流密度长时间放电的场合使用。可见，已有的Li/MnO2电池，其低温放电性能和高率放电性能都不理想，不能满足高精密电子装置和特殊用户的使用要求。上述已有技术在中国原电池专业委员会编辑出版的《电池动态》一九八七年七月第六期第一页至第四页上所登载的“几种电解质对锂-二氧化锰电池特性的影响”一文中得到证实。

    本发明地目的就是为了克服已有技术的不足，在不改变电解质LiClO4的前提下，重新研制出以碳酸丙稀酯（PC）、乙二醇次甲基醚（DOL）和四氢呋喃（THF）为三元混合的有机溶剂体系。

    这里，本发明主要是用DOL+THF来取代DME或EME。因为具有亲脂性的DOL和THF较之DME或EME更容易络合Li+离子，这种络合基团可以使单位体积的离子更少结对。由此，电荷与体积的比率下降，干扰扩散的阳离子-阳离子排斥力减弱，从而提高了离子在电解液中的迁移速度和扩散速度，以及减缓电化学极化和浓差极化现象。其次，DOL和THF还具有较高的介电常数和低冰点、高沸点等特性。这样，既可以加速LiClO4在三元混合有机溶剂体系中的溶解，又可以确保有机电解质在一个宽的温度范围内保持液态，加之整个有机电解质的粘度相对较低，渗透力较强，则阴极微孔的湿润性得以增强。于是，在放电过程中可以有效地引导Li+离子进入MnO2阴极内部，减缓在较大电流放电时Li+、MnO2有机电解质界面堆积而阻塞孔道的现象，促使极化现象减少，电池内阻降低，放电效率增强。

    本发明同已有技术相比，有两个显著特点：一是放电特性好。图1为本发明放电特性曲线，从图1中可以看出在常温（+20℃）条件下，标称电压为3伏的Li/MnO2电池，其负载可为1KΩ，而其放电时间可达约80小时。二是温度范围宽。图2为本发明温度特性曲线，从图2中可以看出在温度为-40℃时，仍有很好的稳定性，而已有Li/MnO2电池仅能在-20℃的温度以上工作。

    本发明的实现，用下面的典型实例可以说明：

    有机溶剂体系的体积比为：

    碳酸丙稀酯（PC）：4.0份

    乙二醇次甲基醚（DOL）：3.5份

    四氢呋喃（THF）：2.5份

    无水电解质为：

    高氯酸锂（LiClO4），其配比的浓度为1MoLdm-3

    此外，三元混合溶剂的体积比可以在PC∶DOL∶THF＝（3.5～4.5）∶（3.0～4.0）∶（2.0～3.0）的范围内调整，以适用不同用途的要求。