CN109449485A - 一种耐超低温锂电池电解液 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种耐超低温锂电池电解液，它包括：有机溶剂；锂盐电解质；添加剂，所述添加剂为选自溴化钾、双(三氟甲基磺酰)亚胺钠、双(三氟甲基磺酰)亚胺钾和二[双(三氟甲磺酰)亚胺]锌中的一种或多组，其质量含量为0.05%‑0.15%。通过采用特定含量的溴化钾作为添加剂应用到含有锂盐电解质的有机溶剂中，使得电解液在0℃以下（尤其是‑60℃‑‑80℃极低温条件下）也具有较高的电导率，从而保证锂电池循环的正常进行，大幅提高锂电池在低温极端条件下的循环性能和安全性能。

Description

一种耐超低温锂电池电解液
技术领域
本发明属于锂电池领域，涉及一种电解液，具体涉及一种耐超低温锂电池电解液。
背景技术
从1984年派出首支南极考察队算起，中国南极事业已经走过33个年头，虽然与一些发达国家或者南半球具有地缘优势的国家相比，中国起步较晚，但是发展迅速。就科考站建设而言，中国已经建成并投入运行4座，它们是长城站、中山站、昆仑站和泰山站。在南极科考过程中，对能源的需求不言而喻。尤其在南极等寒冷地区的极端条件下，对于能源储存的要求变得尤其苛刻。
从2015起，我国新能源领域技术快速发展，各项产业政策和资本运作层出不穷，锂离子电池进入快速发展的道路，受到广泛的关注。作为目前人类的生活与工作中重要的组成部分之一的电池，不管是工作方面还是人类生活方面，都被广泛运用于各个领域中。然而对于普通的商业化锂电池，在0℃的低温条件下容量迅速衰减，仅有在室温条件下的10％，甚至更低。这样的商业化锂电池，远不能满足军事、航天、南极科考等方面的研究工作，甚至不能用于冬季的东北地区。锂电池在低温条件下的老化机制，主要由于电解液在低温条件下电阻较高，进而导致锂电池内部锂离子的扩散能力降低。
发明内容
本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种耐超低温锂电池电解液。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种耐超低温锂电池电解液，它包括：
有机溶剂；
锂盐电解质；
添加剂，所述添加剂为选自溴化钾、双(三氟甲基磺酰)亚胺钠、双(三氟甲基磺酰)亚胺钾和二[双(三氟甲磺酰)亚胺]锌中的一种或多种组成的混合物，其在所述耐超低温锂电池电解液中的质量含量为0.05％-0.15％。
优化地，所述有机溶剂为选自乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、1,3二氧戊环、乙酸乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯中的一种或几种组成的混合物。
优化地，所述锂盐电解质为选自双三氟甲基磺酰亚胺锂、三氟甲基磺酸锂、高氯酸锂、双草酸硼酸锂和六氟磷酸锂中的一种或几种组成的混合物。
进一步地，所述锂盐电解质的浓度为1～3mol/L。
进一步地，所述有机溶剂为乙二醇二甲醚和1,3二氧戊环的混合物，其体积比1：3～3：1。
进一步地，所述有机溶剂为碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯的混合物，其体积比1：3～3：1。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明耐超低温锂电池电解液，通过采用特定含量的溴化钾作为添加剂应用到含有锂盐电解质的有机溶剂中，使电解液的凝固点显著降低。使得电解液在0℃以下(尤其是-60℃--80℃极低温条件下)也具有较高的电导率，从而保证锂电池循环的正常进行，大幅提高锂电池在低温极端条件下的循环性能和安全性能。
附图说明
图1为实施例1中耐超低温锂电池电解液在不同温度条件下容量对比图；
图2为实施例1中耐超低温锂电池电解液在不同温度下的充放电曲线图；
图3为实施例1中耐超低温锂电池电解液在不同温度下CV曲线对比图；
图4为实施例1和对比例1-2在-30℃下容量对比图。
具体实施方式
本发明耐超低温锂电池电解液，它包括：有机溶剂；锂盐电解质；添加剂，所述添加剂为选自溴化钾、双(三氟甲基磺酰)亚胺钠、双(三氟甲基磺酰)亚胺钾和二[双(三氟甲磺酰)亚胺]锌中的一种或多种组成的混合物，其在所述耐超低温锂电池电解液中的质量含量为0.05％-0.15％。通过采用特定含量的溴化钾作为添加剂应用到含有锂盐电解质的有机溶剂中，使得整个电解液的凝固点降低。使得电解液在0℃以下(尤其是-60℃--80℃极低温条件下)也具有较高的电导率，从而保证锂电池循环的正常进行，大幅提高锂电池在低温极端条件下的循环性能和安全性能。
上述有机溶剂为常用的锂电池溶剂，如选自乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、1,3二氧戊环、乙酸乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯中的一种或几种组成的混合物；优选为乙二醇二甲醚和1,3二氧戊环的混合物，其体积比1：3～3：1；或者优选为碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯的混合物，其体积比1：3～3：1。锂盐电解质为常用的，如选自双三氟甲基磺酰亚胺锂、三氟甲基磺酸锂、高氯酸锂、双草酸硼酸锂和六氟磷酸锂中的一种或几种组成的混合物；所述锂盐电解质的浓度通常为1～3mol/L。上述耐超低温锂电池电解液的配置方法具体如下：在手套箱中，将锂盐电解质、添加剂加入有机溶剂中进行搅拌溶解以使其混合均匀即可；可用于磷酸铁锂(LiFePO4)、三元材料(LiNiCoMnO2)和镍锰酸锂(LiNi0.5Mn1.5O4)等二次锂电池中。
下面将结合实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1
本实施例提供一种耐超低温锂电池电解液，其组成和方法如下：在手套箱中，取287g双三氟甲基磺酰亚胺锂、500ml乙二醇二甲醚、500ml 1,3二氧戊环和15g溴化钾进行充分混合，搅拌2～3天得均匀的溶液即可。
实施例2
本实施例提供一种耐超低温锂电池电解液，其组成和方法如下：在手套箱中，取287g双三氟甲基磺酰亚胺锂、500ml乙二醇二甲醚、500ml 1,3二氧戊环和15g双(三氟甲基磺酰)亚胺钠进行充分混合，搅拌2～3天得均匀的溶液即可。
实施例3
本实施例提供一种耐超低温锂电池电解液，其组成和方法如下：在手套箱中，取287g双三氟甲基磺酰亚胺锂、500ml乙二醇二甲醚、500ml 1,3二氧戊环和15g双(三氟甲基磺酰)亚胺钾亚胺钠进行充分混合，搅拌2～3天得均匀的溶液即可。
实施例4
本实施例提供一种耐超低温锂电池电解液，其组成和方法如下：在手套箱中，取287g双三氟甲基磺酰亚胺锂、500ml乙二醇二甲醚、500ml 1,3二氧戊环和15g二[双(三氟甲磺酰)亚胺]锌进行充分混合，搅拌2～3天得均匀的溶液即可。
实施例5
本实施例提供一种耐超低温锂电池电解液，它与实施例1中的基本一致，不同的是：双三氟甲基磺酰亚胺锂的使用量为574g。
实施例6
本实施例提供一种耐超低温锂电池电解液，它与实施例1中的基本一致，不同的是：使用750ml乙二醇二甲醚、250ml 1,3二氧戊环。
实施例7
本实施例提供一种耐超低温锂电池电解液，它与实施例1中的基本一致，不同的是：使用250ml乙二醇二甲醚、750ml 1,3二氧戊环。
对比例1
本例提供一种耐超低温锂电池电解液，它与实施例1中的基本一致，不同的是：未加入15g溴化钾。
对比例2
本例提供一种锂电池电解液，其组成和方法如下：在手套箱中，取152g六氟磷酸锂、500ml碳酸乙烯酯和500ml碳酸二乙酯进行充分混合，搅拌2～3天得均匀的溶液即可。
将实施例1-7、对比例1-2中的锂电池电解液按组装成锂电池，测试其性能(部分电池性能见图1至图4所示)，列于表1中；可见由于加入导电添加剂后，降低了整个电解液体系的凝固点，使其在不同温度下，都具有较低的电阻，进而具有较高的离子电导率。
表1使用实施例和对比例中电解液在不同温度下离子电导率性能表
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种耐超低温锂电池电解液，其特征在于，它包括：
有机溶剂；
锂盐电解质；
添加剂，所述添加剂为选自溴化钾、双(三氟甲基磺酰)亚胺钠、双(三氟甲基磺酰)亚胺钾和二[双(三氟甲磺酰)亚胺]锌中的一种或多种组成的混合物，其在所述耐超低温锂电池电解液中的质量含量为0.05%-0.15%。
2.根据权利要求1所述的耐超低温锂电池电解液，其特征在于：所述有机溶剂为选自乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、1,3二氧戊环、乙酸乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯中的一种或几种组成的混合物。
3.根据权利要求1所述的耐超低温锂电池电解液，其特征在于：所述锂盐电解质为选自双三氟甲基磺酰亚胺锂、三氟甲基磺酸锂、高氯酸锂、双草酸硼酸锂和六氟磷酸锂中的一种或几种组成的混合物。
4.根据权利要求1或3所述的耐超低温锂电池电解液，其特征在于：所述锂盐电解质的浓度为1~3mol/L。
5.根据权利要求1或2所述的耐超低温锂电池电解液，其特征在于：所述有机溶剂为乙二醇二甲醚和1,3二氧戊环的混合物，其体积比1：3~3：1。
6.根据权利要求1或2所述的耐超低温锂电池电解液，其特征在于：所述有机溶剂为碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯的混合物，其体积比1：3~3：1。
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