CN111477965A - 一种功率型电芯用电解液 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种功率型电芯用电解液，属于锂离子动力电池领域。该电解液由溶剂和锂盐组成，锂盐为LiPF6、LiODFB和LiTFSi，电解液中锂盐的含量为1.1‑1.5mol/L；按质量百分含量计，溶剂由15‑20％的基体溶剂、75‑80％的低粘度溶剂和5％的添加剂组成，基体溶剂为碳酸乙烯酯(EC)和碳酸丁烯酯(BC)，低粘度溶剂为碳酸二乙酯(DEC)、2‑甲基四氢呋喃(2‑Me THF)、乙酸甲酯(MA)和1,3‑二氧戊环(DOL)中的任意两种以上组合。本发明的电解液熔点低，粘度小，导电能力强，在低温下更有利于锂离子迁移，因此更适合低温放电，可以在低温‑40℃下放电，并且不会常温电性能。

Description

一种功率型电芯用电解液
技术领域
本发明涉及一种功率型电芯用电解液，具体为一种锂离子电池用低温高功率电解液，属于锂离子动力电池领域。
技术背景
锂离子电池具有工作电压高、能量密度、循环寿命长且没有记忆效应等优点，成为新能源纯电动汽车中应用最为广泛的驱动电源。但是，锂离子电池工作温度范围较窄，特别是在低温放电性能差一直是限制其应用范围的瓶颈。锂离子电池电解液是提升锂离子电池低温性能的关键因素，这是由锂离子电池基本结构决定的，而电解液受温度影响较大，电解液不同温度下导电能力相差较大，最大可相差几倍，因此锂离子电池低温性能主要是有电解液决定。目前锂离子电池电解液主要是由碳酸酯溶剂，如碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)等，与锂盐组成。目前电解液都是由几种溶剂混合组成。因此，溶剂组分的选择和相对含量的配比是优化混合溶剂体系的关键。
现有的锂离子电池电解液主要由EC、DEC、碳酸二甲酯(DMC)、EMC等有机碳酸酯作为溶剂，LiPF6作为锂盐。由于LiPF6锂盐在线性碳酸酯中的溶解度较低，因此锂离子电解液中通常会加入不低于25wt.％的EC来提高LiPF6锂盐的溶解度，但是EC熔点较高(35℃)、粘度大，导致锂离子电池的工作温度范围受限且低温性能较差。目前常用的锂离子动力电池工作温度下限为-20℃，且放电容量仅为常温的75～80％。
目前，常规使用的锂离子电池电解液在-20℃下放电容量仅为80％左右，而-40℃是基本放不出电量，且放电倍率很低。因此，锂离子电池低温放电性能一直是锂离子电池领域研究工作者持续努力的方向。
发明内容
本发明的目的是提供一种锂离子电池用低温高功率电解液，通过对电解液溶剂和锂盐进行调整，制备出一种可以在-40℃下放电的电解液且常温性能保持不变。
一种功率型电芯用电解液，该电解液由几种溶剂和锂盐组成，所述的锂盐为LiPF6(六氟磷酸锂)、LiODFB(二氟草酸硼酸锂)和LiTFSi(双三氟甲磺酰亚胺锂)，在电解液中锂盐的含量为1.1-1.5mol/L；按质量百分含量计，所述的溶剂由15-20wt.％的基体溶剂、75-80wt.％的低粘度溶剂和4-5wt.％的添加剂组成，所述的基体溶剂为碳酸乙烯酯(EC)和碳酸丁烯酯(BC)，所述的低粘度溶剂为碳酸二乙酯(DEC)、2-甲基四氢呋喃(2-Me THF)、乙酸甲酯(MA)、1,3-二氧戊环(DOL)等溶剂中的任意两种或多种组合。
所述的基体溶剂由EC、BC共同组成，EC和BC可以任意比例混合；EC与BC的质量比优选为1:3至3:1，更优选的为1:2至2:1。
所述的低粘度溶剂选用DEC、2-Me THF、MA和DOL中的任意两种或多种组合。优选的，所述的低粘度溶剂由DEC、MA和DOL组成，DEC、MA与DOL的质量比为(70-80):(2-3.5):(2-3)；更优选的，DEC、MA与DOL的质量比为75:2.5:2.5。或者所述的低粘度溶剂由DEC、MA和2-Me THF组成，DEC、MA与2-Me THF的质量比为(70-80):(2-3):(2-3)；更优选的，DEC、MA与2-Me THF的质量比为75:2.5:2.5。
所述的添加剂为SEI膜成膜剂与阻燃剂，添加剂可以包括SEI成膜剂的一种或两种以上和阻燃剂中的一种或两种以上，可以任意比例混合；所述的SEI膜成膜剂为VC(碳酸亚乙烯酯)、PS(亚硫酸丙烯酯)、ES(碳酸乙烯酯)等成膜添加剂，所述的阻燃剂为TMP(磷酸三甲酯)、TEP(磷酸三乙酯)、HNMP(六甲基环膦腈)等。
所述的锂盐为LiPF6、LiODFB和LiTFSi，三者可以任意比例组合。优选的，LiPF6、LiODFB与LiTFSi的质量比为(0.5-3):(0.5-2.5):(0.5-2)；更优选的，LiPF6、LiODFB与LiTFSi的质量比为1:1:1。在电解液中锂盐的含量优选为1.2mol/L。
本发明中的线性碳酸酯(碳酸二乙酯DEC)可用其它低粘度、高闪点、低熔点的有机碳酸酯来代替，例如EMC、DMC等。
基体溶剂由EC、BC共同组成，增加电解液锂盐的溶解度。低粘度溶剂选用DEC与2-Me THF、MA和DOL中的任意两种或多种组合，降低溶剂的粘度与熔点，提高电解液电导率，改善低温性能。锂盐选用LiPF6、LiODFB与LiTFSi以任意比例组合。采用三种锂盐互相组合作为电解液溶质，使其性能达到互补，且成本可调，提高电解液导电能力以及电解液锂盐的高温稳定性。选择SEI膜成膜剂与阻燃剂作为添加剂提高电芯低温性能与安全性能。
本发明选择LiPF6、LiODFB与LiTFSi三种锂盐组合，其中LiODFB与LiTFSi的导电能力优于LiPF6且可溶于线性碳酸酯中，降低了电解液溶剂中EC的加入量。同时在基体溶剂中加入熔点低、可溶解LiPF6的碳酸丁烯酯(BC，熔点-53℃)，进一步降低EC的使用量和电解液熔点。辅助溶剂中选用碳酸二乙酯(DEC，熔点-43℃)、1，3二氧环戊烷(DOL，熔点-95℃)、2-甲基四氢呋喃(2-Me THF，熔点-137℃)和乙酸甲酯(MA，熔点-98℃)等溶剂组成。锂盐加入量为1.2mol/L，同时在电解液中加入少量成膜添加剂和阻燃添加剂。
本发明的优点：
1)本发明电解液中添加大量低粘度、低熔点的线性碳酸酯作为电解液溶剂，扩展电解液工作温度范围，降低至-40℃，同时不影响常温使用性能；
2)本发明电解液中采用LiDFOB与LiTFSi和LiPF6混合锂盐，可以降低锂盐溶解度对环状碳酸酯的依赖，使成本可调。该电解液在锂离子电池产品应用领域更广，且导电能力优于传统LiPF6锂盐电解液。
3)本发明的电解液适用于金属方壳电池、软包电池、圆柱电池。
与传统电解液相比，本发明的电解液熔点低，粘度小，导电能力强，锂盐添加了导电性能优异的LiODFB与LiTFSi，在低温下更有利于锂离子迁移，因此更适合低温放电，可以在低温-40℃下放电，并且不会常温电性能。
具体实施方式
本发明的功率型电芯用电解液，按照质量百分比，其组成为：
Figure BDA0002470073820000031
基体溶剂由EC、BC共同组成。低粘度溶剂选用DEC与2-Me THF、MA和DOL中的任意两种或多种组合。锂盐选用LiPF6、LiODFB与LiTFSi以任意比例组合。选择SEI膜成膜剂与阻燃剂作为添加剂。本发明中的线性碳酸酯可用其它低粘度、高闪点、低熔点的有机碳酸酯来代替。
实施例1
按重量分别取10wt.％EC、10wt.％BC作为基体溶剂，选择70wt.％DEC、3.5wt.％MA和2.5wt.％DOL，及4wt.％添加剂(2.5wt.％VC、0.5wt.％PS和1.0wt.％TMP)，在湿度低于1％的手套箱里充分混合均匀，制成溶剂，然后以1:1:1的质量比例依次加入LiPF6、LiODFB与LiTFSi，加入总量为1.3mol/L。待电解质盐充分溶解后，静置24h。
经测试，在所得的低温电解液溶液中，NCM6221C克容量发挥大于161mAh/g，-40℃1C放电容量大于常温容量73％，常温循环100次容量保持率大于初始容量95％。
实施例2
按重量分别取10wt.％EC、5wt.％BC作为基体溶剂，选择75wt.％DEC、2.5wt.％MA和2.5wt.％DOL，及5wt.％添加剂(1wt.％PS、1.2wt.％ES、0.8wt.％HNMP和2wt.％TEP)，在湿度低于1％的手套箱里充分混合均匀，制成溶剂，然后以1:1:1的质量比例依次加入LiPF6、LiODFB与LiTFSi，加入总量为1.2mol/L。待电解质盐充分溶解后，静置24h。
经测试，在所得的低温电解液溶液中，NCM6221C克容量发挥大于161mAh/g，-40℃1C放电容量大于常温容量70％，常温循环100次容量保持率大于初始容量94％。
实施例3
按重量分别取5wt.％EC、15wt.％BC作为基体溶剂，选择70wt.％DEC、2.5wt.％MA和2.5wt.％2-Me THF，及5wt.％添加剂(1wt.％ES、1.3wt.％PS、0.8wt.％VC、0.9wt.％TEP和1wt.％HNMP)，在湿度低于1％的手套箱里充分混合均匀，制成溶剂，然后以1:1:1的质量比例依次加入LiPF6、LiODFB与LiTFSi，加入总量为1.1mol/L。待电解质盐充分溶解后，静置24h。
经测试，在所得的低温电解液溶液中，NCM6221C克容量发挥大于163mAh/g，-40℃1C放电容量大于常温容量71％，常温循环100次容量保持率大于初始容量93.5％。
通过以上实施例，可以看到本发明的低温电解液在-40℃支持1C放电且放电容量大于常温容量70％，该电解液在保证常温性能不受影响的情况下，进一步拓展了锂离子电池使用温度范围。同时，本发明的电解液熔点低，粘度小，导电能力强。

Claims (10)

1.一种功率型电芯用电解液，由溶剂和锂盐组成，其特征在于：所述的锂盐为LiPF6、LiODFB和LiTFSi，电解液中锂盐的含量为1.1-1.5mol/L；按质量百分含量计，所述的溶剂由15-20％的基体溶剂、75-80％的低粘度溶剂和5％的添加剂组成，所述的基体溶剂为碳酸乙烯酯(EC)和碳酸丁烯酯(BC)，所述的低粘度溶剂为碳酸二乙酯(DEC)、2-甲基四氢呋喃(2-Me THF)、乙酸甲酯(MA)和1,3-二氧戊环(DOL)中的任意两种以上组合。
2.根据权利要求1所述的功率型电芯用电解液，其特征在于：所述的基体溶剂中，EC与BC的质量比为1:3至3:1。
3.根据权利要求2所述的功率型电芯用电解液，其特征在于：所述的基体溶剂中，EC与BC的质量比为1:2至2:1。
4.根据权利要求1所述的功率型电芯用电解液，其特征在于：所述的低粘度溶剂由DEC、MA和DOL组成，DEC、MA与DOL的质量比为(70-80):(2-3.5):(2-3)；或者所述的低粘度溶剂由DEC、MA和2-Me THF组成，DEC、MA与2-Me THF的质量比为(70-80):(2-3):(2-3)。
5.根据权利要求4所述的功率型电芯用电解液，其特征在于：所述的低粘度溶剂中DEC、MA与DOL的质量比为75:2.5:2.5；或者所述的低粘度溶剂中DEC、MA与2-Me THF的质量比为75:2.5:2.5。
6.根据权利要求1所述的功率型电芯用电解液，其特征在于：所述的添加剂为SEI膜成膜剂与阻燃剂。
7.根据权利要求6所述的功率型电芯用电解液，其特征在于：所述的SEI膜成膜剂为VC、PS和ES中的一种或两种以上，所述的阻燃剂为TMP、TEP和HNMP中的一种或两种以上。
8.根据权利要求1所述的功率型电芯用电解液，其特征在于：所述的LiPF6、LiODFB与LiTFSi的质量比为(0.5-3):(0.5-2.5):(0.5-2)。
9.根据权利要求8所述的功率型电芯用电解液，其特征在于：所述的LiPF6、LiODFB与LiTFSi的质量比为1:1:1；在电解液中锂盐的含量为1.2mol/L。
10.根据权利要求1所述的功率型电芯用电解液，其特征在于：所述的碳酸二乙酯可由碳酸甲乙酯或碳酸二甲酯代替。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113381074A (zh) * 2021-05-27 2021-09-10 厦门大学 一种低温电解液及其应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101867064A (zh) * 2010-06-11 2010-10-20 西安瑟福能源科技有限公司 兼顾高温性能的低温型锂离子电池电解液及锂离子电池
US9059481B2 (en) * 2013-08-30 2015-06-16 Nanotek Instruments, Inc. Non-flammable quasi-solid electrolyte and non-lithium alkali metal or alkali-ion secondary batteries containing same
CN109962291A (zh) * 2017-12-25 2019-07-02 成都市银隆新能源有限公司 一种用于锂离子电池的宽温域的电解液及其制备方法
US10573879B2 (en) * 2014-02-18 2020-02-25 GM Global Technology Operations LLC Electrolytes and methods for using the same
CN110915052A (zh) * 2017-07-20 2020-03-24 巴斯夫欧洲公司 用于锂电池的电解质组合物的杂环磺酰氟添加剂

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101867064A (zh) * 2010-06-11 2010-10-20 西安瑟福能源科技有限公司 兼顾高温性能的低温型锂离子电池电解液及锂离子电池
US9059481B2 (en) * 2013-08-30 2015-06-16 Nanotek Instruments, Inc. Non-flammable quasi-solid electrolyte and non-lithium alkali metal or alkali-ion secondary batteries containing same
US10573879B2 (en) * 2014-02-18 2020-02-25 GM Global Technology Operations LLC Electrolytes and methods for using the same
CN110915052A (zh) * 2017-07-20 2020-03-24 巴斯夫欧洲公司 用于锂电池的电解质组合物的杂环磺酰氟添加剂
CN109962291A (zh) * 2017-12-25 2019-07-02 成都市银隆新能源有限公司 一种用于锂离子电池的宽温域的电解液及其制备方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113381074A (zh) * 2021-05-27 2021-09-10 厦门大学 一种低温电解液及其应用

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