CN108878980A - 长寿命锂离子动力电池用功能型电解液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种长寿命锂离子动力电池用功能型电解液，由锂盐、有机溶剂和添加剂组成；其制备方法，包括以下步骤：步骤一、在干燥的99.999%惰性气体（氮气或氩气）的保护下，将有机溶剂加入到氟化瓶中进行分子筛脱水处理，使其水分子含量在0‑10ppm之间；步骤二、添加顺序依次为向搅拌均匀的有机溶剂内按比例加入复合添加剂和锂盐并搅拌均匀，得到所需要的功能型电解液。采用上述配制方法组合的电解液并在干燥的惰性气体的保护下进行混合，其配比合理，具有较好的低温放电和耐过充性能，有效提高了锂离子电池低温放电性能和过充安全性能问题；加入铯离子后，电池的充放电次数显著提升，有效延长了电池寿命。

Description

长寿命锂离子动力电池用功能型电解液及其制备方法
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种长寿命锂离子动力电池用功能型电解液及其制备方法。
背景技术
在新能源技术持续发展的今天，锂离子电池的应用领域不断扩展，市场需求电动汽车用动力电池应市而出，长寿命锂离子动力电池能量密度、放电倍率、低温性能、安全体系、都更好的满足动力电池指标。随着市场需求的不断发展，在军用和航空等领域要求锂离子电池的综合性能更为健全：低温使用范围在-40℃以下；倍率放电10-15C;耐过充性能好，机械损坏不着火不爆炸；循环性能好等要求。大家知道在-40℃低温环境下，离子的跃迁速度和数量都大幅度减弱，电池放电容量极低甚至放不出电来。从锂离子电池的设计来分析影响因素，锂离子的活跃度与电解液活性有直接关系。
所以本发明通过优化电解液的组份和添加剂的种类来改善锂离子电池的低温放电性能、高倍率放电性能、循环寿命性能等，选择工作温度窗口宽的溶剂；采取混合溶剂体系，来解决电解液的环境稳定性和安全性；选择匹配的的溶质，保证电池的环境的适应性和稳定性；添加合适的低温、耐过充、倍率性有利的添加剂，改善成膜性能，保证电极与电解液的界面稳定性并提高电池的充放电性能。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种长寿命锂离子动力电池用功能型电解液及其制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种长寿命锂离子动力电池用功能型电解液，由锂盐、有机溶剂和添加剂组成；其中有机溶剂和复合添加剂的体积为100：（2-8），电解液锂盐的浓度为0.5-1.5mol/L；所述的复合添加剂包含无机成分和有机成分。
优选的，所述的锂盐取自以下电解质锂盐中的一种或几种：LiPF6、LiBF4、LiBOB、LiDFOB、LiTFSI。
优选的，所述的有机溶剂取自以下的一种或几种，碳酸乙烯酯EC、碳酸丙烯酯PC、碳酸甲乙酯EMC、碳酸二甲酯DMC、碳酸二乙酯DEC、γ-丁内酯GBL、乙酸甲酯MA、乙酸乙酯EA、甲酸甲酯MF、丙酸甲酯MP、丙酸乙酯EP、丁酸甲酯MB、丁酸乙酯EB、乙酸正丙酯PA。
优选的，所述的有机溶剂中水分子含量≤10ppm。
优选的，所述的复合添加剂的无机成分包含铯离子。
优选的，所述的复合添加剂的有机成分包含以下一种或几种：碳酸亚乙烯酯VC、1,3-丙磺酸内酯PS、碳酸乙烯亚乙酯VEC、氟代碳酸乙烯酯FEC、联苯BP、环己基苯CHB、亚硫酸乙烯酯ES、亚硫酸二甲酯DMS、亚硫酸二乙酯DES、N,N-二甲基三氟乙酰胺DTA、2-甲基四氢呋喃MTHF、聚芳砜PASF。
优选的，所述的复合添加剂中铯离子的含量为0.1-0.2 mol/L。
一种长寿命锂离子动力电池用功能型电解液的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、在干燥的99.999%惰性气体（氮气或氩气）的保护下，将有机溶剂加入到氟化瓶中进行分子筛脱水处理，使其水分子含量在0-10ppm之间；
步骤二、添加顺序依次为向搅拌均匀的有机溶剂内按比例加入添加剂和锂盐并搅拌均匀，得到所需要的功能型电解液。
优选的，所述的步骤二中，控制温度为8-12℃。
本发明的有益之处在于：
本发明采用上述配制方法组合的电解液并在干燥的惰性气体的保护下进行混合，其配比合理，具有较好的低温放电和耐过充性能，有效提高了锂离子电池低温放电性能和过充安全性能问题，加入铯离子后，电池的充放电次数显著提升，有效延长了电池寿命。
具体实施方式
实施例1：
一种长寿命锂离子动力电池用功能型电解液的制备方法，包括以下步骤：
在充满N2的手套箱中（H2O%＜0.9ppm），将脱水后的有机溶剂EC（碳酸乙烯酯）、DMC（碳酸二甲酯）、EMC（碳酸甲乙酯）、MA（乙酸甲酯）、EA（乙酸乙酯）充分混合均匀，有机溶剂EC（碳酸乙烯酯）、DMC（碳酸二甲酯）、EMC（碳酸甲乙酯）、MA（乙酸甲酯）、EA（乙酸乙酯）的体积比为4：7：5：6：2（H2O%＜10ppm），然后缓慢加入LiPF6，并磁力搅拌直至锂盐充分溶解，最后加入VC（碳酸亚乙烯酯）和PS（1,3-丙磺酸内酯），CHB（环己基苯）（体积比为2:1:3）和氯化铯，继续搅拌直至所有组分混合均匀，搁置0.5-1 h，即可。上述锂盐在电解液中的浓度为1.5mol/L，铯离子的浓度为0.15 mol/L，复合添加剂中的有机成分占3.5%。
实施例2：
一种长寿命锂离子动力电池用功能型电解液的制备方法，包括以下步骤：
在充满N2的手套箱中（H2O%＜0.9ppm），将脱水后的有机溶剂EC（碳酸乙烯酯）、DMC（碳酸二甲酯）、EMC（碳酸甲乙酯）、MA（乙酸甲酯）、EA（乙酸乙酯）充分混合均匀，有机溶剂EC（碳酸乙烯酯）、DMC（碳酸二甲酯）、EMC（碳酸甲乙酯）、MA（乙酸甲酯）、EA（乙酸乙酯）、的体积比为4：7：5：6：3（H2O%＜10ppm），后缓慢加入LiPF6，并用磁力搅拌器搅拌直至锂盐充分溶解，最后加入VC（碳酸亚乙烯酯）和PS（1,3-丙磺酸内酯）（体积比为3:1:1）和氯化铯，并继续搅拌直至所有组分混合均匀，搁置0.5h，即得到实施例2低温-耐过充型锂离子电池电解液，上述锂盐在电解液中的浓度1.0 mol/L，铯离子的浓度为0.1 mol/L，复合添加剂中的有机成分占8%。
实施例3：
一种长寿命锂离子动力电池用功能型电解液的制备方法，包括以下步骤：
在充满N2的手套箱中（H2O%＜0.9ppm），将脱水后的有机溶剂：EC（碳酸乙烯酯）、DMC（碳酸二甲酯）、EMC（碳酸甲乙酯）、MA（乙酸甲酯）、EA（乙酸乙酯）充分混合均匀，有机溶剂：EC（碳酸乙烯酯）、DMC（碳酸二甲酯）、EMC（碳酸甲乙酯）、MA（乙酸甲酯）、EA（乙酸乙酯）的体积比为4：9：4：6：2（H2O%＜10ppm），然后缓慢加入LiPF6，并磁力搅拌直至锂盐充分溶解，最后加入VC（碳酸亚乙烯酯）、PS（1,3-丙磺酸内酯）（体积比为7:3）和氟代碳酸乙烯酯和氯化铯，继续搅拌直至所有组分混合均匀，搁置0.5h，即得到实施例3低温型锂离子电池电解液，上述锂盐在电解液中的浓度为0.8 mol/L，铯离子的浓度为0.2mol/L，复合添加剂中的有机成分占2%。
按照动力锂离子电池的制作标准，将配制的低温电解液制备成95200300-50Ah型软包聚合物锂离子动力电池，正极材料是三元材料，负极材料是人造石墨，经过化成、分容后进行低温性能测试，具体测试结果见表1。
表1：实施例1-3的低温电解液性能测试结果表。
对比例1
将实施例1中的铯离子去除，其余制备条件不变。
经测试，实施例1与对比例1的样品相比，其充放电次数可以提升80-95%，平均为87.2%（检测10个样品）。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种长寿命锂离子动力电池用功能型电解液，其特征在于，由锂盐、有机溶剂和添加剂组成；其中有机溶剂和复合添加剂的体积为100：（2-8），电解液锂盐的浓度为0.5-1.5mol/L；所述的复合添加剂包含无机成分和有机成分。
2.如权利要求1所述的长寿命锂离子动力电池用功能型电解液，其特征在于，所述的锂盐取自以下电解质锂盐中的一种或几种：LiPF6、LiBF4、LiBOB、LiDFOB、LiTFSI。
3.如权利要求1所述的长寿命锂离子动力电池用功能型电解液，其特征在于，所述的有机溶剂取自以下的一种或几种：碳酸乙烯酯EC、碳酸丙烯酯PC、碳酸甲乙酯EMC、碳酸二甲酯DMC、碳酸二乙酯DEC、γ-丁内酯GBL、乙酸甲酯MA、乙酸乙酯EA、甲酸甲酯MF、丙酸甲酯MP、丙酸乙酯EP、丁酸甲酯MB、丁酸乙酯EB、乙酸正丙酯PA。
4.如权利要求1所述的长寿命锂离子动力电池用功能型电解液，其特征在于，所述的有机溶剂中水分子含量≤10ppm。
5.如权利要求1所述的长寿命锂离子动力电池用功能型电解液，其特征在于，所述的复合添加剂的无机成分包含铯离子。
6.如权利要求1所述的长寿命锂离子动力电池用功能型电解液，其特征在于，所述的复合添加剂的有机成分包含以下一种或几种：碳酸亚乙烯酯VC、1,3-丙磺酸内酯PS、碳酸乙烯亚乙酯VEC、氟代碳酸乙烯酯FEC、联苯BP、环己基苯CHB、亚硫酸乙烯酯ES、亚硫酸二甲酯DMS、亚硫酸二乙酯DES、N,N-二甲基三氟乙酰胺DTA、2-甲基四氢呋喃MTHF、聚芳砜PASF。
7.如权利要求5所述的长寿命锂离子动力电池用功能型电解液，其特征在于，所述的复合添加剂中铯离子的含量为0.1-0.2 mol/L。
8.一种长寿命锂离子动力电池用功能型电解液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、在干燥的99.999%惰性气体（氮气或氩气）的保护下，将有机溶剂加入到氟化瓶中进行分子筛脱水处理，使其水分子含量在0-10ppm之间；
步骤二、添加顺序依次为向搅拌均匀的有机溶剂内按比例加入添加剂和锂盐并搅拌均匀，得到所需要的功能型电解液。
9.如权利要求8所述的长寿命锂离子动力电池用功能型电解液的制备方法，其特征在于，所述的步骤二中，控制温度为8-12℃。
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