CN108847502A - 一种磷酸铁锂电池高低温电解液 - Google Patents

一种磷酸铁锂电池高低温电解液 Download PDF

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Abstract

一种磷酸铁锂电池高低温电解液，包括锂盐和溶剂，溶剂包括烷基醚类溶剂、低温添加剂，且烷基醚类溶剂的体积百分比含量为10%～30%，低温添加剂为酰胺类物质，其体积百分比含量为0.1%～1.0%。本设计不仅提升了电池的低温放电容量和倍率性能，而且不影响电池的高温循环性能。

Description

一种磷酸铁锂电池高低温电解液
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种磷酸铁锂电池高低温电解液，适用于在提升电池低温放电容量和倍率性能的同时不影响其高温循环性能。
背景技术
随着锂离子电池市场化不断深入，人们对电池性能的期望越来越高。如今，商品化锂离子电池已很难满足诸如电动车、航天技术和军事等重要领域的需要，其主要原因之一就是电池在高、低温下的性能不佳，因此，拓宽工作温度范围已成为锂离子电池研究者关注的重点问题。其中，由电解液入手来改善温度性能已经被证实是可行的技术途径，这是因为作为在电池内起传导作用的例子导体，电解液的性能及其与正负极形成的界面状况很大程度上影响电池温度性能。
目前通常采用添加一些羧酸酯类溶剂来提升电池的低温性能。虽然该类溶剂熔点低，有利于降低电解液的共熔点，在较低温度下仍能保持液态，有利于保证电池的正常工作，但其易挥发、易分解，在电池面对高温循环时，电池的性能会严重下降，无法兼顾高、低温性能。
发明内容
为克服现有技术存在的无法兼顾高、低温性能的问题，本发明提供了一种在改善电池低温性能的同时不影响高温循环性能的磷酸铁锂电池高低温电解液。
为实现以上目的，本发明的技术方案如下：
一种磷酸铁锂电池高低温电解液，包括锂盐和溶剂，所述溶剂包括烷基醚类溶剂，该烷基醚类溶剂的体积百分比含量为10％～30％。
所述烷基醚类溶剂的结构式为R1-O-R2-O-R3，其中，R1为碳原子数是1～3的烷基，R2为碳原子数是1～4的烷基，R3为碳原子数是1～3的烷基。
所述R1为C2H5,所述R2为C3H6,所述R3为C2H5。
所述溶剂还包括体积百分比含量为0.1％～1.0％的低温添加剂。
所述低温添加剂为酰胺类物质。
所述低温添加剂为N-甲基乙酰胺、N-乙基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二乙基乙酰胺、N-甲氧基-N-甲基乙酰胺、2,2-二氟-N,N二甲基乙酰胺或2,2,2-三氟-N,N二甲基乙酰胺。
所述溶剂还包括乙烯碳酸酯EC、碳酸甲乙酯EMC、碳酸二甲酯DMC，所述EC、EMC、DMC体积比为25～35:30:25～40。
所述溶剂还包括体积百分比含量为1％～3％的亚硫酸乙烯酯ES。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明一种磷酸铁锂电池高低温电解液中溶剂包括烷基醚类溶剂，一方面，该类溶剂熔点很低(零下60℃以下)，与其它有机溶剂混合能形成具有极低共熔点的电解液溶剂，使锂离子电池的电解液在低温下仍然保持液相，电池能够在极低温正常工作，同时，其粘度低，加入电解液溶剂中有利于降低电解液的粘度，从而改善电解液的电导率，提升电池的低温放电容量和倍率性能，另一方面，烷基醚类溶剂的沸点较高(超过100℃)，不仅可以保证锂离子电池电解液在高温条件下蒸发气化较少，而且其良好的电化学稳定性能够减少电解液被电化学分解所导致的电池胀气，上述两个方面的特性有利于减缓电池在高温环境下的容量衰减，保持电池的高温循环性能。因此，本发明不仅提升了电池的低温放电容量和倍率性能，而且不影响电池的高温循环性能。
2、本发明一种磷酸铁锂电池高低温电解液以酰胺类物质作为低温添加剂，其-CO-NH-键具有负电性，能和Li+络合促进锂盐的溶剂化溶解于有机溶剂，有利于降低电池在充放电过程中的极化，从而提升电池的倍率性能。因此，本发明进一步提升了电池的倍率性能。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
一种磷酸铁锂电池高低温电解液，包括锂盐和溶剂，所述溶剂包括烷基醚类溶剂，该烷基醚类溶剂的体积百分比含量为10％～30％。
所述烷基醚类溶剂的结构式为R1-O-R2-O-R3，其中，R1为碳原子数是1～3的烷基，R2为碳原子数是1～4的烷基，R3为碳原子数是1～3的烷基。
所述R1为C2H5,所述R2为C3H6,所述R3为C2H5。
所述溶剂还包括体积百分比含量为0.1％～1.0％的低温添加剂。
所述低温添加剂为酰胺类物质。
所述低温添加剂为N-甲基乙酰胺、N-乙基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二乙基乙酰胺、N-甲氧基-N-甲基乙酰胺、2,2-二氟-N,N二甲基乙酰胺或2,2,2-三氟-N,N二甲基乙酰胺。
所述溶剂还包括乙烯碳酸酯EC、碳酸甲乙酯EMC、碳酸二甲酯DMC，所述EC、EMC、DMC体积比为25～35:30:25～40。
所述溶剂还包括体积百分比含量为1％～3％的亚硫酸乙烯酯ES。
本发明中各原料说明如下：
ES：SEI膜成膜添加剂，其能在石墨负极表面优先于溶剂还原，形成SEI保护膜，且成膜后能减轻电解液溶剂的分解，从而提升电池的首次充放电效率和循环寿命。
EC：高介电常数有机溶剂，能使锂盐在溶剂中溶剂化，提升电液中锂离子浓度，有助于提升电导率。
EMC：低黏度溶剂，可降低电解液体系的粘度，提升电导率。
DMC：低熔点溶剂，可降低电解液体系的熔点，提升电池的低温性能和低温电导率。
实施例1：
一种磷酸铁锂电池高低温电解液，包括锂盐和溶剂，所述溶剂包括烷基醚类溶剂、乙烯碳酸酯EC、碳酸甲乙酯EMC、碳酸二甲酯DMC和亚硫酸乙烯酯ES，所述锂盐为LiPF6，其浓度为1mol/L，所述烷基醚类溶剂为乙二醇二甲醚，其体积百分比含量为20％，所述EC、EMC、DMC体积比为25:30:25，所述ES的体积百分比含量为2％。
实施例2：
与实施例1的不同之处在于：
所述电解液还包括低温添加剂N,N-二甲基甲酰胺，其体积百分比含量为0.5％。
实施例3：
与实施例2的不同之处在于：
所述烷基醚类溶剂为1,3-丙二醇二甲醚，其体积百分比含量为10％，所述EC、EMC、DMC体积比为30:30:40，所述低温添加剂的体积百分比含量为0.1％，所述ES的体积百分比含量为1％。
实施例4：
与实施例3的不同之处在于：
所述EC、EMC、DMC体积比为35:30:30，所述低温添加剂为2,2,2-三氟-N,N二甲基乙酰胺，其体积百分比含量为0.5％。
实施例5：
与实施例4的不同之处在于：
所述烷基醚类溶剂为1,3-丙二醇二乙醚，其体积百分比含量为30％，所述低温添加剂的体积百分比含量为1％，所述ES的体积百分比含量为3％。
实施例6：
与实施例2的不同之处在于：
所述低温添加剂为2,2,2-三氟-N,N二甲基乙酰胺，其体积百分比含量为1％。
为考察本发明电解液对电池性能的影响，对本发明实施例1﹣6和对比电解液(由LiPF6、EC、EMC、DMC和ES组成，且LiPF6的浓度为1mol/L，EC、EMC、DMC的体积比为30:30:40，ES的体积百分比含量为2％)进行高、低温性能测试，结果见表1：
由表1所述检测结果可以看出：加入本发明所述烷基醚类溶剂后，电池的低温放电容量和倍率性能以及高温循环性能均得到显著提高，且酰胺类物质的加入进一步提高了电池的低温放电容量和倍率性能。

Claims (8)

1.一种磷酸铁锂电池高低温电解液，其特征在于：
所述电解液包括锂盐和溶剂，所述溶剂包括烷基醚类溶剂，该烷基醚类溶剂的体积百分比含量为10%～30%。
2.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂电池高低温电解液，其特征在于：所述烷基醚类溶剂的结构式为R1-O-R2-O-R3，其中，R1为碳原子数是1～3的烷基，R2为碳原子数是1～4的烷基，R3为碳原子数是1～3的烷基。
3.根据权利要求2所述的一种磷酸铁锂电池高低温电解液，其特征在于：所述R1为C2H5 ,所述R2 为C3H6,所述R3为C2H5。
4.根据权利要求1﹣3中任一项所述的一种磷酸铁锂电池高低温电解液，其特征在于：所述溶剂还包括体积百分比含量为0.1%～1.0%的低温添加剂。
5.根据权利要求4所述的一种磷酸铁锂电池高低温电解液，其特征在于：所述低温添加剂为酰胺类物质。
6.根据权利要求5所述的一种磷酸铁锂电池高低温电解液，其特征在于：所述低温添加剂为N-甲基乙酰胺、N-乙基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二乙基乙酰胺、N-甲氧基-N-甲基乙酰胺、2,2-二氟-N,N二甲基乙酰胺或2,2,2-三氟-N,N二甲基乙酰胺。
7.根据权利要求1﹣3中任一项所述的一种磷酸铁锂电池高低温电解液，其特征在于：所述溶剂还包括乙烯碳酸酯EC、碳酸甲乙酯EMC、碳酸二甲酯DMC，所述EC、EMC、DMC体积比为25～35:30:25～40。
8.根据权利要求1﹣3中任一项所述的一种磷酸铁锂电池高低温电解液，其特征在于：所述溶剂还包括体积百分比含量为1%～3%的亚硫酸乙烯酯ES。
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