CN107180996B - 一种低温锂离子电池电解液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低温锂离子电池电解液及其制备方法，其由以下质量百分比的原料组成：82~87%的非水有机溶剂、11~14%的锂盐、1~5%的耐低温助剂；所述的非水有机溶剂为碳酸丙烯酯、亚硫酸二甲酯和亚硫酸丙烯酯的混合，其质量份比为1:2:1；所述的锂盐为二氟草酸硼酸锂（LiODFB）和二草酸硼酸锂(LiBOB)，其摩尔比为25~40:75~60；所述的耐低温助剂为亚硫酸乙烯酯和链状羧酸酯，其质量份比为1:2~4。本发明获得的低温锂离子电池电解液在电池的工作电压范围内电化学稳定性较好，含有该电解液的锂离子电池在低温下放电平台和放电容量均得到有效提高，拓宽了电池的低温应用范围。

Description

一种低温锂离子电池电解液及其制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种低温锂离子电池电解液及其制备方法。
背景技术
能源问题将是21世纪人类面临的重大挑战，全世界都在积极探索与寻求高能的电化学电源。锂离子电池作为新一代高能电源，被广泛用在军工、电子设备、电动工具、电动汽车等各个领域。锂离子电池自商业化以来，以其寿命长、比容量大、无记忆效应等优点，在全世界各种气候条件下得到了广泛应用。现有技术对锂离子电池的循环寿命和安全性关注较多，相关研究主要集中在了锂离子电池高温条件下使用时的容量衰减问题和安全性问题上。随着锂电池应用领域的不断拓展，锂离子电池的低温性能低劣带来的制约愈加明显。研究表明，在-20℃时锂离子电池放电容量只有室温时的 31.5%左右。传统锂离子电池工作温度在-20~55℃之间，但受地域、气候、特殊使用要求的制约，要求电池能在-40℃正常工作。但是现有的锂离子电池电解液在低温下的运行效率低下，具体的，低温下电解液黏度增大，甚至部分凝固，导致离子电导率低；低温下锂离子在活性物质内部扩散系数降低，电荷转移阻抗(Rct)显著增大；低温下电解液与负极、隔膜之间相容性变差，不能满足环境对锂离子电池的实际使用要求。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供了一种低温电化学性能优良的锂离子电池电解液及其制备方法。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：一种低温锂离子电池电解液，由以下质量百分比的原料组成：82~87%的非水有机溶剂、11~14%的锂盐、1~5%的耐低温助剂；
所述的非水有机溶剂为碳酸丙烯酯、亚硫酸二甲酯和亚硫酸丙烯酯的混合，其质量份比为1:2:1；
所述的锂盐为二氟草酸硼酸锂（LiODFB）和二草酸硼酸锂(LiBOB) ，其摩尔比为25~40:75~60；
所述的耐低温助剂为亚硫酸乙烯酯和链状羧酸酯，其质量份比为1:2~4。
作为优选，所述的链状羧酸酯为丁酸乙酯、丁酸甲酯、甲酸甲酯中的一种或几种。
所述的一种低温锂离子电池电解液的制备方法，包括以下步骤：
（1）将碳酸丙烯酯、亚硫酸二甲酯和亚硫酸丙烯酯充分混合均匀，得到预混溶剂；
（2）将锂盐充分溶解于步骤（1）所得到的预混溶剂中，得到预混液；
（3）将耐低温助剂加入步骤（2）所得到的预混液中，充分混合均匀，得到本发明的低温锂离子电池电解液；上述步骤全程在充满惰性气体、干燥的环境中操作。
碳酸丙烯酯与亚硫酸酯类搭配用做耐低温的电解液溶剂不仅具有突出的低温性能，还具有很好的成膜性能；硼酸盐的锂盐具有易离解、阴离子体积大、成膜性能良好的特点，而且二氟草酸硼酸锂和二草酸硼酸锂易溶于所述的非水有机溶剂；耐低温助剂有助于提高电池电解液的电导率，提高电池在低温下的放电性能，改善电池低温电压平台现象，具有很好的电化学稳定性，同时与非水有机溶剂互溶性良好；获得的低温锂离子电池电解液在电池的工作电压范围内电化学稳定性较好，含有该电解液的锂离子电池在低温下放电平台和放电容量均得到有效提高，拓宽了电池的低温应用范围。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明，但本发明的实施方式不限于此，同时本发明的保护范围也不限于下述的实施例。
实施例1：一种低温锂离子电池电解液，由以下质量百分比的原料组成：85%的非水有机溶剂、12%的锂盐、3%的耐低温助剂；所述的非水有机溶剂为碳酸丙烯酯、亚硫酸二甲酯和亚硫酸丙烯酯的混合，其质量份比为1:2:1；所述的锂盐为二氟草酸硼酸锂（LiODFB）和二草酸硼酸锂(LiBOB) ，其摩尔比为30:70；所述的耐低温助剂为亚硫酸乙烯酯和链状羧酸酯，其质量份比为1:3；所述的链状羧酸酯为丁酸乙酯和甲酸甲酯的混合。
所述的一种低温锂离子电池电解液的制备方法，包括以下步骤：
（1）将碳酸丙烯酯、亚硫酸二甲酯和亚硫酸丙烯酯充分混合均匀，得到预混溶剂；
（2）将锂盐充分溶解于步骤1所得到的预混溶剂中，得到预混液；
（3）将耐低温助剂加入步骤2所得到的预混液中，充分混合均匀，得到本发明的低温锂离子电池电解液；上述步骤1~3全程在充满惰性气体、干燥的环境中操作。
实施例2：一种低温锂离子电池电解液，由以下质量百分比的原料组成：82%的非水有机溶剂、14%的锂盐、4%的耐低温助剂；所述的非水有机溶剂为碳酸丙烯酯、亚硫酸二甲酯和亚硫酸丙烯酯的混合，其质量份比为1:2:1；所述的锂盐为二氟草酸硼酸锂（LiODFB）和二草酸硼酸锂(LiBOB) ，其摩尔比为25:75；所述的耐低温助剂为亚硫酸乙烯酯和链状羧酸酯，其质量份比为1:2；所述的链状羧酸酯为丁酸甲酯。
所述的一种低温锂离子电池电解液的制备方法，其具体步骤同实施例1。
实施例3：一种低温锂离子电池电解液，由以下质量百分比的原料组成： 87%的非水有机溶剂、11%的锂盐、2%的耐低温助剂；所述的非水有机溶剂为碳酸丙烯酯、亚硫酸二甲酯和亚硫酸丙烯酯的混合，其质量份比为1:2:1；所述的锂盐为二氟草酸硼酸锂（LiODFB）和二草酸硼酸锂(LiBOB) ，其摩尔比为40: 60；所述的耐低温助剂为亚硫酸乙烯酯和链状羧酸酯，其质量份比为1: 4；所述的链状羧酸酯为丁酸乙酯、丁酸甲酯和甲酸甲酯的混合。
所述的一种低温锂离子电池电解液的制备方法，其具体步骤同实施例1。
实施例4：一种低温锂离子电池电解液，由以下质量百分比的原料组成：86%的非水有机溶剂、13%的锂盐、1%的耐低温助剂；所述的非水有机溶剂为碳酸丙烯酯、亚硫酸二甲酯和亚硫酸丙烯酯的混合，其质量份比为1:2:1；所述的锂盐为二氟草酸硼酸锂（LiODFB）和二草酸硼酸锂(LiBOB) ，其摩尔比为35:65；所述的耐低温助剂为亚硫酸乙烯酯和链状羧酸酯，其质量份比为2:5；所述的链状羧酸酯为甲酸甲酯。
所述的一种低温锂离子电池电解液的制备方法，其具体步骤同实施例1。
对比例1：一种低温锂离子电池电解液，由以下质量百分比的原料组成：86%的非水有机溶剂、14%的锂盐；所述的非水有机溶剂为碳酸丙烯酯、亚硫酸二甲酯和亚硫酸丙烯酯的混合，其质量份比为1:2:1；所述的锂盐为二氟草酸硼酸锂（LiODFB）和二草酸硼酸锂(LiBOB) ，其摩尔比为30:70。
所述的一种低温锂离子电池电解液的制备方法，包括以下步骤：
（1）将碳酸丙烯酯、亚硫酸二甲酯和亚硫酸丙烯酯充分混合均匀，得到预混溶剂；
（2）将锂盐充分溶解于步骤1所得到的预混溶剂中，得到本发明的低温锂离子电池电解液；上述步骤1~2全程在充满惰性气体、干燥的环境中操作。
对比例2：一种低温锂离子电池电解液，由以下质量百分比的原料组成：86%的溶剂、14%的锂盐；所述的溶剂为碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯的混合，其质量份比为1:1；所述的锂盐为六氟磷酸锂（LiPF6）。
所述的一种低温锂离子电池电解液的制备方法，包括以下步骤：
（1）将碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯充分混合均匀，得到预混溶剂；
（2）将锂盐充分溶解于步骤1所得到的预混溶剂中，得到本发明的低温锂离子电池电解液；上述步骤1~2全程在充满惰性气体、干燥的环境中操作。
利用上述实施例1-4和对比例1-2的方法配制得到电解液，并进行电解液水分、色度、酸度、密度等基本测试，检测合格后将所得电解液依照常规电池制作工艺注入到圆柱18650电池中，其中圆柱电池正极为镍钴锰三元材料，负极为人造石墨，容量为 2.2Ah，经过化成、分容后，对电池进行充放电测试：使电池在常温下（25℃），通过锂离子二次电池测试柜以0.5C/0.2C 充放电，记下放电容量；使电池在-40℃搁置6h和-20℃搁置6h后进行0.5C/0.2C充放电测试，记下放电容量。具体测试结果如下表所示。
性能 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 对比例1 对比例2
25℃首次效率/ % 86.9 85.3 84.9 86.4 84.1 83.8
-20℃放电效率/% 85.3 82.8 83.4 84.0 71.2 61.3
-40℃放电效率/% 82.1 81.7 79.5 82.1 60.8 48.0
测试结果显示，本发明的低温锂离子电池电解液在25℃首次效率、-20℃放电效率和-40℃放电效率均高于对比例的测试结果，并且本发明的电解液在低温下保持了良好的电化学稳定性，是一种使用性能优良的低温锂离子电池电解液。

Claims (2)

1.一种低温锂离子电池电解液，其特征在于，由以下质量百分比的原料组成：82~87%的非水有机溶剂、11~14%的锂盐、1~5%的耐低温助剂；
所述的非水有机溶剂为碳酸丙烯酯、亚硫酸二甲酯和亚硫酸丙烯酯的混合，其质量份比为1:2:1；
所述的锂盐为二氟草酸硼酸锂（LiODFB）和二草酸硼酸锂(LiBOB) ，其摩尔比为25~40:75~60；
所述的耐低温助剂为亚硫酸乙烯酯和链状羧酸酯，其质量份比为1:2~4；
所述的链状羧酸酯为丁酸乙酯、丁酸甲酯、甲酸甲酯中的一种或几种；
所述的低温锂离子电池电解液的制备方法，包括以下步骤：
（1）将碳酸丙烯酯、亚硫酸二甲酯和亚硫酸丙烯酯充分混合均匀，得到预混溶剂；
（2）将锂盐充分溶解于步骤（1）所得到的预混溶剂中，得到预混液；
（3）将耐低温助剂加入步骤（2）所得到的预混液中，充分混合均匀，得到低温锂离子电池电解液；上述步骤全程在充满惰性气体、干燥的环境中操作。
2.根据权利要求1所述的一种低温锂离子电池电解液，其特征在于，由以下质量百分比的原料组成：85%的非水有机溶剂、12%的锂盐、3%的耐低温助剂；
所述的非水有机溶剂为碳酸丙烯酯、亚硫酸二甲酯和亚硫酸丙烯酯的混合，其质量份比为1:2:1；
所述的锂盐为二氟草酸硼酸锂（LiODFB）和二草酸硼酸锂(LiBOB) ，其摩尔比为30:70；
所述的耐低温助剂为亚硫酸乙烯酯和链状羧酸酯，其质量份比为1:3；
所述的链状羧酸酯为丁酸乙酯、丁酸甲酯、甲酸甲酯中的一种或几种。
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