CN103779605A - 一种磷酸铁锂锂离子电池低温电解液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磷酸铁锂锂离子电池低温电解液，解决了现有技术的磷酸铁锂锂离子电池电解液低温性能差的问题，它由六氟磷酸锂、四元体系有机溶剂及添加剂组成，其中，四元体系有机溶剂由γ-丁内酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯及乙酸乙酯按体积比1~2：1~2：1~2：1~2混合而成，所述添加剂为乙二醇二甲醚，电解液中，六氟磷酸锂的浓度为1~1.2mol/L，六氟磷酸锂与乙二醇二甲醚的物质的量比为1：3~4。本发明的电解液与正极材料磷酸铁锂的相容性好，且低温下粘度小，介电常数高，能有效改善电解液的低温导电性并保证电池电化学性能的发挥。本发明还提供了一种磷酸铁锂锂离子电池低温电解液的制备方法，该制备方法工艺步骤简单，成本低，适合工业化生产。

Description

一种磷酸铁锂锂离子电池低温电解液及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种磷酸铁锂锂离子电池电解液 ，尤其是涉及一种磷酸铁锂锂离子电池低温电解液及其制备方法。
 
背景技术
磷酸铁锂（LiFePO4）为橄榄石结构材料，其具有原料丰富、价格低廉、比容量高、工作电压高、结构稳定、循环性能好及安全等优点，被认为动力型锂离子电池理想的正极材料。但是，磷酸铁锂锂离子电池的低温性能较差，其主要原因在于电解液，电解液有机溶剂的组成显著影响磷酸铁锂锂离子电池的低温性能。在低温条件下，电解液中部分溶剂容易析晶，导致离子迁移困难，电导率低，而且低温导致锂离子扩散和电荷转移速度降低。
因此，寻找一种与磷酸铁锂电池匹配性好的电解液，对于改善磷酸铁锂电池的性能非常有意义。
申请公布号CN101841061A，申请公布日2010.09.22的中国专利公开了一种一种磷酸铁锂动力电池低温电解液及其制备方法，该磷酸铁锂动力电池低温电解液是由65-95%的有机溶剂、3-15%的添加剂和0.7-1.4mol/L的锂盐配制而成，其制备方法为：把选取的一种或几种有机溶剂在湿度小于1%的手套箱内充分混合均匀，配制成电解液溶液，再加入所选添加剂，最后加入所需的电解质锂盐，等所加电解质盐完全溶解后，静置30-40小时，就得到本发明的磷酸铁锂动力电池低温电解液。其不足之处在于，该电解液只是通过添加剂（聚苯乙烯、碳酸乙烯酯、羟基羧酸中的任意一种或一种以上的混合物）来调整电解液中六氟磷酸锂的浓度，该电解液虽然提高了低温条件下六氟磷酸锂的浓度，但是由于电解液的粘度会随电解质锂盐六氟磷酸锂浓度的增大而增大，因此该电解液中的锂离子实际扩散和电荷转移速度依然较低，也就是该电解液的低温性能依然较差，没有实质性提高，另外，该电解液中的添加剂与正极材料磷酸铁锂的相容性差，会影响电池的电化学性能。
 
发明内容
本发明是为了解决现有技术的磷酸铁锂锂离子电池电解液低温性能差的问题，提供了一种磷酸铁锂锂离子电池低温电解液，该电解液与正极材料磷酸铁锂的相容性好，且低温下粘度小，介电常数高，能有效改善电解液的低温导电性并保证电池电化学性能的发挥。
本发明还提供了一种磷酸铁锂锂离子电池低温电解液的制备方法，该制备方法工艺步骤简单，成本低，适合工业化生产。
 
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种磷酸铁锂锂离子电池低温电解液，所述电解液由六氟磷酸锂、四元体系有机溶剂及添加剂组成，其中，四元体系有机溶剂由γ-丁内酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯及乙酸乙酯按体积比1~2：1~2：1~2：1~2混合而成，所述添加剂为乙二醇二甲醚，电解液中，六氟磷酸锂的浓度为1~1.2mol/L，六氟磷酸锂与乙二醇二甲醚的物质的量比为1：3~4。本发明电解液中的有机溶剂为由γ-羟基丁酸内酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯及乙酸乙酯按体积比1~2：1~2：1~2：1~2混合而成的四元体系有机溶剂，粘度低，介电常数高，而且对锂盐的溶解性好，锂盐采用六氟磷酸锂，导电率高，六氟磷酸锂的浓度为1~1.2mol/L，在保证电解液粘度的同时保证电导率，乙二醇二甲醚是本发明的关键物质，乙二醇二甲醚的加入可以进一步降低电解液的整体粘度，提高离子迁移速度，尤其是Li+的迁移数，从而是电解液的电导率增大，而且乙二醇二甲醚与正极材料磷酸铁锂的相容性好，不会影响其电化学性能。因此，本发明的电解液与正极材料磷酸铁锂的相容性好，且低温下粘度小，介电常数高，能有效改善电解液的低温导电性并保证电池电化学性能的发挥。
作为优选，所述四元体系有机溶剂由γ-丁内酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯及乙酸乙酯按体积比1：1：1：1混合而成。四元体系有机溶剂由γ-丁内酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯及乙酸乙酯按体积比1：1：1：1混合而成，得到的电解液的低温性能最好。
一种磷酸铁锂锂离子电池低温电解液的制备方法，所述制备方法的具体步骤为：将乙二醇二甲醚、六氟磷酸锂溶于四元体系有机溶剂中后超声处理10~20min即可。超声处理不仅可以实现乙二醇二甲醚、六氟磷酸锂均匀分散在四元体系有机溶剂中，而且还能脱除四元体系有机溶剂中溶解的杂质气体，杂质气体如氧气、氮气等的存在会影响电池的安全性，超声处理还可以提高电池的安全性。
作为优选，超声处理的工艺条件为：超声波频率为20~40kHz，超声波功率为200~300W。超声处理的工艺条件非常重要，超声能量过低，不能有效脱除四元体系有机溶剂中溶解的杂质气体，而超声的能量过高，则会引起四元体系有机溶剂的空化现象，反而会使四元体系有机溶剂产生大量的致密气泡。
因此，本发明的有益效果是：
（1）本发明的电解液与正极材料磷酸铁锂的相容性好，且低温下粘度小，介电常数高，能有效改善电解液的低温导电性并保证电池电化学性能的发挥。
（2）本发明的制备方法工艺步骤简单，成本低，适合工业化生产，在制备时通过超声处理，不仅可以保证各组分的均匀混合，还能提高电池的安全性。
 
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明做进一步的描述。
 
在本发明中，若非特指，所有百分比均为重量单位，所有设备和原料均可从市场购得或是本行业常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。
 
实施例1
一种磷酸铁锂锂离子电池低温电解液，由六氟磷酸锂、四元体系有机溶剂及添加剂组成，其中，四元体系有机溶剂由γ-丁内酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯及乙酸乙酯按体积比1：2：2：1混合而成，添加剂为乙二醇二甲醚，电解液中，六氟磷酸锂的浓度为1.2mol/L，六氟磷酸锂与乙二醇二甲醚的物质的量比为1： 4。
将乙二醇二甲醚、六氟磷酸锂溶于四元体系有机溶剂中后超声处理20min即可，超声处理的工艺条件为：超声波频率为40kHz，超声波功率为200W。
 
实施例2
一种磷酸铁锂锂离子电池低温电解液，由六氟磷酸锂、四元体系有机溶剂及添加剂组成，其中，四元体系有机溶剂由γ-丁内酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯及乙酸乙酯按体积比1：1：1：1混合而成，添加剂为乙二醇二甲醚，电解液中，六氟磷酸锂的浓度为1.1mol/L，六氟磷酸锂与乙二醇二甲醚的物质的量比为1：3.5。
将乙二醇二甲醚、六氟磷酸锂溶于四元体系有机溶剂中后超声处理15min即可，超声处理的工艺条件为：超声波频率为30kHz，超声波功率为250W。
 
实施例3
一种磷酸铁锂锂离子电池低温电解液，由六氟磷酸锂、四元体系有机溶剂及添加剂组成，其中，四元体系有机溶剂由γ-丁内酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯及乙酸乙酯按体积比2：2：1：1混合而成，添加剂为乙二醇二甲醚，电解液中，六氟磷酸锂的浓度为1mol/L，六氟磷酸锂与乙二醇二甲醚的物质的量比为1：3。
将乙二醇二甲醚、六氟磷酸锂溶于四元体系有机溶剂中后超声处理10min即可，超声处理的工艺条件为：超声波频率为20kHz，超声波功率为300W。
 
将上述各实施例得到的电解液制成容量为1150mAh的电池，得到的磷酸铁锂锂离子电池在0℃、-10℃、-25℃条件下1C充放电循环100次后，电池的容量保持率如下表所示：
温度条件 实施例1 实施例2 实施例3
0℃ 93.26% 91.46% 91.75%
-10℃ 90.1% 89.79% 89.65%
-25℃ 84.39% 83.27% 85.76%
从上表可以看出，由本发明得到的电解液制成的磷酸铁锂锂离子电池在低温环境下具有较好的循环性能，说明本发明的电解液具有较好的低温性能。
 
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (4)

1.一种磷酸铁锂锂离子电池低温电解液，其特征在于，所述电解液由六氟磷酸锂、四元体系有机溶剂及添加剂组成，其中，四元体系有机溶剂由γ-丁内酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯及乙酸乙酯按体积比1~2：1~2：1~2：1~2混合而成，所述添加剂为乙二醇二甲醚，电解液中，六氟磷酸锂的浓度为1~1.2mol/L，六氟磷酸锂与乙二醇二甲醚的物质的量比为1：3~4。
2.根据权利要求1所述的磷酸铁锂锂离子电池低温电解液，其特征在于，所述四元体系有机溶剂由γ-丁内酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯及乙酸乙酯按体积比1：1：1：1混合而成。
3.一种如权利要求1所述的磷酸铁锂锂离子电池低温电解液的制备方法，其特征在于，所述制备方法的具体步骤为：将乙二醇二甲醚、六氟磷酸锂溶于四元体系有机溶剂中后超声处理10~20min即可。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，超声处理的工艺条件为：超声波频率为20~40kHz，超声波功率为200~300W。
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