CN113140801A - 一种低温快充型锂离子电池电解液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电池电解液的技术领域，具体涉及一种低温快充型锂离子电池电解液及其制备方法。所述电池电解液为采用包括锂盐、乙腈以及多氟醚制得的局部高浓度乙腈电解液，锂盐和乙腈首先制得锂盐‑乙腈高浓度溶液，所述锂盐‑乙腈高浓度溶液的浓度为2~15 mol/L，之后锂盐‑乙腈高浓度溶液中添加多氟醚制得的局部高浓度乙腈电解液；所述锂盐‑乙腈高浓度溶液与多氟醚的使用体积比为1:（0.5~5）。通过采用乙腈作为电解液的溶剂分子，添加非溶剂化作用的多氟醚稀释剂，得到一种耐高压、高离子电导率、高安全、宽液程的局部高浓度乙腈电解液，针对性地解决目前商用电解液低温容量低、倍率性能差、耐高压性能差等瓶颈问题。
Description
技术领域
本发明属于电池电解液的技术领域，具体涉及一种低温快充型锂离子电池电解液及其制备方法。
背景技术
锂离子电池在我们的社会中有着非常广泛的应用，在国家战略方向的指引和相关政策的扶持下，我国新能源汽车及相关产业得到了长足发展，但续航里程短、充电慢、低温性能差、严重依赖补贴等问题突显，核心技术还需进一步突破，特别是发展具有高安全、长续航、可快充、低成本的新一代电池材料与技术，这是促进节能与新能源汽车发展的关键所在。
与锂离子电池正负极材料的研究相比，电解液的研究相对滞后，但电解液对电池的耐高压、循环稳定、快充及安全性能等影响巨大。目前，商业化的锂离子电池所采用仍然是1M的六氟磷酸锂（LiPF6）溶解于介电常数大的环状碳酸乙烯酯（EC）和链状碳酸酯如碳酸二甲酯（DMC）或碳酸甲乙酯（EMC）或碳酸二乙酯（DEC）的混合溶剂中所组成的电解液。但是该溶剂体系存在耐高压性（< 4.4V）、耐高温性（<55℃）、低温性差（＞−10℃）、闪点低（~25℃）和易燃烧等问题，已经无法满足锂离子电池高能量密度、高安全性及快充的发展需求。
乙腈具有高的离子导电率和氧化稳定性，是作为耐高压快充电池电解液的最佳选择。在通常浓度（1 M）下，乙腈电解液的离子电导率高达50 mS cm-1，是普通商用电解液的5倍之多，但由于其还原稳定性十分差，容易与锂金属等发生氧化还原反应，使得乙腈无法应用于电解液研究中。
有研究指出，若将乙腈配制成高浓度的电解液，由于浓度的增加，溶液中的阴阳离子间相互作用增强，形成特殊的溶剂化结构，大大地提高了乙腈的还原稳定性，克服了乙腈还原稳定性差等致命缺点，推动了乙腈在电解液方面的应用。即使乙腈溶液的浓度增大、粘度增大，其离子电导率依旧远高于商用电解液的，因此采用其为电解液的电池在高充放电速率下性能远高于采用商用电解液为电解液的电池，使电池体现出极好的快充性能。但是目前高浓度电解液仍有以下几个问题急需解决：①高浓度电解液在低温环境下存在溶质析出情况，导致电池性能下降，引起安全问题；②高浓度电解液粘度较大，与隔膜浸润性差；③配制高浓度电解液需要大量的锂盐，不利于该电解液体系推广应用。
对此，有研究通过添加非溶剂化作用的稀释剂从而形成局部高浓度电解液来解决上述问题。添加稀释剂后，溶液的粘度降低，离子电导率增大，并能保留高浓度电解液的溶剂化结构以及高浓度溶液带来的特殊性能，采用局部高浓度电解液的电池倍率性能得到显著提高。但该电解液体系为醚类电解液（DME），其氧化稳定性差，无法用于高压电池方面，同时醚类电解液在低温环境下离子电导率低，容易造成锂的沉积，使得锂离子电池在低温环境下充放电性能骤降。
针对上述问题进行了一系列探究工作，本发明欲提供一种适用于低温环境且具有耐高压能力、高安全的局部高浓度电解液体系。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种低温快充型锂离子电池电解液及其制备方法，所述电解液为局部高浓度乙腈电解液，获得一种适用于低温环境且具有耐高压能力、高安全的局部高浓度电解液体系。
本发明的技术内容如下：
本发明提供了一种低温快充型锂离子电池电解液，所述电池电解液为采用包括锂盐、乙腈以及多氟醚制得的局部高浓度乙腈电解液；
所述多氟醚包括1,1,2,2-四氟乙基-2,2,2-三氟乙基醚、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚、1H,1H,5H-八氟戊基-1,1,2,2-四氟乙基醚、双(2,2,2-三氟乙基)醚、1,1,1,3,3,3-六氟异丙基甲基醚的一种；
所述锂盐和乙腈首先制得锂盐-乙腈高浓度溶液，所述锂盐-乙腈高浓度溶液的浓度为2~15 mol/L，之后锂盐-乙腈高浓度溶液中添加多氟醚制得的局部高浓度乙腈电解液；
所述锂盐包括双氟磺酰亚胺锂盐、双三氟甲磺酰亚胺锂盐、二氟草酸硼酸锂盐、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、三氟甲磺酸锂、二草酸硼酸锂、高氯酸锂、六氟合砷酸锂的一种或以上的任意比例组合；
所述锂盐-乙腈高浓度溶液与多氟醚的使用体积比为1:（0.5~5）。
本发明还提供了一种低温快充型锂离子电池电解液的制备方法，包括如下步骤：
将锂盐进行预处理，之后与乙腈混合获得锂盐-乙腈高浓度溶液；
在锂盐-乙腈高浓度溶液中加入多氟醚稀释剂，搅拌混匀，搅拌速度为200~800rpm，即得局部高浓度乙腈电解液；
所述锂盐进行预处理为将锂盐在60~150℃高温下真空干燥。
一种低温快充型锂离子电池，所述锂离子电池由包括正极、负极、隔膜以及上述局部高浓度乙腈电解液组成，形成密闭的锂离子电池。
本发明的有益效果如下：
本发明的低温快充型锂离子电池电解液，通过采用乙腈作为电解液的溶剂分子，添加非溶剂化作用的多氟醚稀释剂，得到一种耐高压、高离子电导率、高安全、宽液程的局部高浓度乙腈电解液，针对性地解决目前商用电解液低温容量低、倍率性能差、耐高压性能差等瓶颈问题；所得局部高浓度乙腈电解液在石墨|锂金属电池中展示出极佳的倍率性能，特别是低温环境下性能（初次比容量能达理论比容量的73%）远优于商用或其它已报道的电解液，有效推动高能量密度、高安全、快充型电池的发展；
本发明的低温快充型锂离子电池电解液的制备方法，工艺操作简单，适于工业化，通过采用合适的局部高浓度电解液，获得一种适用于低温环境且具有耐高压能力、高安全的局部高浓度电解液体系，所得电解液有助于推动高能量密度、高安全、可快充电池的发展及其在电动汽车等大型设备中的规模化应用。
附图说明
图1为室温条件下石墨|Li电池在不同电解液中的电化学性能图；
图2为-20℃低温条件下石墨|Li电池在不同电解液中的电化学性能图；
图3为室温条件下NCM111|Li电池在不同电解液中的电化学性能图。
具体实施方式
以下通过具体的实施案例以及附图说明对本发明作进一步详细的描述，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。
若无特殊说明，本发明的所有原料和试剂均为常规市场的原料、试剂。
实施例1
一种低温快充型锂离子电池电解液及其制备方法：
1）将双氟磺酰亚胺锂盐在100℃下真空干燥过夜；
在25℃，水含量及氧含量低于0.01 ppm的手套箱中，以乙腈作为溶剂，加入双氟磺酰亚胺锂盐搅拌使其充分溶解且混合均匀，制得浓度为2 mol/L的双氟磺酰亚胺锂-乙腈高浓度溶液；
2）在双氟磺酰亚胺锂-乙腈高浓度溶液中以体积比为1:0.5加入多氟醚稀释剂1,1,2,2-四氟乙基-2,2,2-三氟乙基醚，搅拌速度为200 rpm，搅拌过夜使其混合均匀，得到局部高浓度乙腈溶液，作为电解液。
实施例2
一种低温快充型锂离子电池电解液及其制备方法：
1）将双三氟甲磺酰亚胺锂盐在60℃下真空干燥过夜；
在25℃，水含量及氧含量低于0.01 ppm的手套箱中，以乙腈作为溶剂，加入双三氟甲磺酰亚胺锂盐搅拌使其充分溶解且混合均匀，制得浓度为4.5 mol/L的双三氟甲磺酰亚胺锂-乙腈高浓度溶液；
2）在双三氟甲磺酰亚胺锂-乙腈高浓度溶液中以体积比为1:1加入多氟醚稀释剂1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚，搅拌速度为300 rpm，搅拌过夜使其混合均匀，得到局部高浓度乙腈溶液，作为电解液。
实施例3
一种低温快充型锂离子电池电解液及其制备方法：
1）将双三氟甲磺酰亚胺锂盐和双氟磺酰亚胺锂盐在120℃下真空干燥过夜；
在25℃，水含量及氧含量低于0.01 ppm的手套箱中，以乙腈作为溶剂，加入双三氟甲磺酰亚胺锂盐和双氟磺酰亚胺锂盐的混合锂盐，搅拌使其充分溶解且混合均匀，制得浓度为8 mol/L的双三氟甲磺酰亚胺锂-双氟磺酰亚胺锂-乙腈高浓度溶液；
2）在双三氟甲磺酰亚胺锂-双氟磺酰亚胺锂-乙腈高浓度溶液中以体积比为1:2加入多氟醚稀释剂1H,1H,5H-八氟戊基-1,1,2,2-四氟乙基醚，搅拌速度为400 rpm，搅拌过夜使其混合均匀，得到局部高浓度乙腈溶液，作为电解液。
实施例4
一种低温快充型锂离子电池电解液及其制备方法：
1）将六氟磷酸锂盐和四氟硼酸锂盐在80℃下真空干燥过夜；
在25℃，水含量及氧含量低于0.01 ppm的手套箱中，以乙腈作为溶剂，加入六氟磷酸锂盐和四氟硼酸锂盐的混合锂盐，搅拌使其充分溶解且混合均匀，制得浓度为10 mol/L的六氟磷酸锂-四氟硼酸锂-乙腈高浓度溶液；
2）在六氟磷酸锂-四氟硼酸锂-乙腈高浓度溶液中以体积比为1:3加入多氟醚稀释剂双(2,2,2-三氟乙基)醚，搅拌速度为500 rpm，搅拌过夜使其混合均匀，得到局部高浓度乙腈溶液，作为电解液。
实施例5
一种低温快充型锂离子电池电解液及其制备方法：
1）将四氟硼酸锂盐、三氟甲磺酸锂盐和二草酸硼酸锂盐在130℃下真空干燥过夜；
在25℃，水含量及氧含量低于0.01 ppm的手套箱中，以乙腈作为溶剂，加入四氟硼酸锂盐、三氟甲磺酸锂盐和二草酸硼酸锂盐的混合锂盐，搅拌使其充分溶解且混合均匀，制得浓度为12 mol/L的四氟硼酸锂-三氟甲磺酸锂-二草酸硼酸锂-乙腈高浓度溶液；
2）在四氟硼酸锂-三氟甲磺酸锂-二草酸硼酸锂-乙腈高浓度溶液中以体积比为1:4加入多氟醚稀释剂1,1,1,3,3,3-六氟异丙基甲基醚，搅拌速度为600 rpm，搅拌过夜使其混合均匀，得到局部高浓度乙腈溶液，作为电解液。
实施例6
一种低温快充型锂离子电池电解液及其制备方法：
1）将高氯酸锂盐和六氟合砷酸锂盐在150℃下真空干燥过夜；
在25℃，水含量及氧含量低于0.01 ppm的手套箱中，以乙腈作为溶剂，加入高氯酸锂盐和六氟合砷酸锂盐的混合锂盐，搅拌使其充分溶解且混合均匀，制得浓度为15 mol/L的高氯酸锂-六氟合砷酸锂-乙腈高浓度溶液；
2）在高氯酸锂-六氟合砷酸锂-乙腈高浓度溶液中以体积比为1:5加入多氟醚稀释剂1,1,1,3,3,3-六氟异丙基甲基醚，搅拌速度为800 rpm，搅拌过夜使其混合均匀，得到局部高浓度乙腈溶液，作为电解液。
将以上所得电解液应用于以下电池中，并进行电化学各项物理和电化学性能测试：
1.石墨|Li电池电化学性能测试：将石墨、乙炔黑、PVDF粘结剂按照87:5:8的比例，通过N-甲基吡咯烷酮（NMP）溶液分散制备成浆料，利用50 μm的刮刀将其均匀涂覆于铜箔上，随后在120℃下真空干燥24 h，利用切片机将其制成直径为12 mm、活性物质负载量为1.2 mg/cm2的电极圆片，放入手套箱中储存；
在手套箱中，以所制备的极片为正极；锂片为负极；玻璃纤维为隔膜；商用电解液、高浓度乙腈溶液、实施例1局部高浓度乙腈溶液为电解液，组装石墨|Li电池，分别在室温、-20、-40℃下运用电化学测试系统测试数据。
2.NCM111|Li电池电化学性能测试：将NCM111、乙炔黑、PVDF粘结剂按照80:12:8的比例，通过N-甲基吡咯烷酮（NMP）溶液分散制备成浆料，利用100 μm的刮刀将其均匀涂覆于铝箔上，随后在100℃下真空干燥24 h，利用切片机将其制成直径为12 mm、活性物质负载量为1.8 mg/cm2的电极圆片，放入手套箱中储存；
在手套箱中，以所制备的极片为正极；锂片为负极；玻璃纤维为隔膜；商用电解液、高浓度乙腈溶液、实施例3局部高浓度乙腈溶液为电解液，组装NCM111|Li电池，分别在室温下、-20、-40℃下运用电化学测试系统测试数据。
对以上所得电池进行电化学性能测试，测试结果如下：
如图1为室温条件下，石墨|Li电池分别在商用电解液（1 M LiPF6 in EC:DMC）、高浓度乙腈电解液（4.5 M LiFSI in AN）、局部高浓度乙腈电解液（2.3 M LiFSI in AN:HFE(1:1)）中电化学性能图：
图1(a)为使用商用电解液、高浓度乙腈电解液、局部高浓度乙腈电解液的石墨|Li电池的倍率性能，由图可见，在5 C的倍率下，使用1 M LiPF6 in EC:DMC、4.5 M LiFSI inAN电解液的电池的比容量保持率分别为29%、48%，而使用2.3 M LiFSI in AN:HFE(1:1)电解液的电池的比容量保持率则为67%（相比于其各自在0.1C的容量），远高于其余两种电解液。充分证明了局部高浓度乙腈电解液使得石墨|Li电池具有较好的倍率性能，添加了稀释剂的局部高浓度电解液在有效降低电解液粘度的同时提高了电池的快充性能；
图1(b)为使用商用电解液、高浓度乙腈电解液、局部高浓度乙腈电解液的石墨|Li电池在0.5 C和5 C时的比容量-电压曲线图，由图可见，在0.5 C下，上述3种电解液体系的电池在0.2 V下出现电压平台，表明它们均能连续形成LiCx多级结构。当充放电速率提升至5 C时，与另外两种电解液体系相比，使用局部高浓度乙腈电解液的电池的电压平台特别明显而且可逆比容量最高，从而证明了局部高浓度乙腈电解液体系对于充放电过程中Li+的传导起正向作用，使得电池体现出优越的快充性能；
图1(c)为使用商用电解液、高浓度乙腈电解液、局部高浓度乙腈电解液的石墨|Li电池在0.5 C下的循环性能和库仑效率图，由图可见，石墨电极材料在局部高浓度乙腈电解液中展示出非常优异的循环稳定性，其平均库伦效率达到99.6%。
如图2为在-20℃低温条件下，石墨|Li电池分别在商用电解液（1 M LiPF6 in EC:DMC）、高浓度乙腈电解液（4.5 M LiFSI in AN）、局部高浓度乙腈电解液（2.3 M LiFSI inAN:HFE(1:1)）中电化学性能图：
图2(a)是使用商用电解液、高浓度乙腈电解液、局部高浓度乙腈电解液的石墨|Li电池在-20℃下的倍率性能测试图，当温度降至-20℃时，因为商用电电解液已完全凝固导致Li+离子的传输受阻，电导率降低，该电池的初始充电比容量只能达理论比容量的10%，而使用局部高浓度乙腈电解液的电池初始比容量达到270 mAh/g，高达理论比容量（370 mAh/g）的73%。同时，使用局部高浓度乙腈电解液的电池在-20℃、1.0 C下也能正常充放电，其比容量达到60 mAh/g，远高于文献所报道的其它低温电解液的性能。
在1 C、0.2 C、0.5 C、1.0 C倍率下，使用局部高浓度乙腈电解液的电池的充电比容量分别为270、210、105、60 mAh/g，当电流密度恢复到0.5 C时，充电比容量恢复到100mAh/g，然而使用其余两种电解液体系的电池均出现短路而不能返回至0.5 C继续完成充放电测试，充分证明了使用局部高浓度乙腈电解液的石墨|Li电池具有良好的低温倍率性能；
图2(b)是-20℃下使用商用电解液、高浓度乙腈电解液、局部高浓度乙腈电解液的石墨|Li电池在0.1 C和0.5 C时的比容量-电压曲线图，由图可见，在0.1 C下，使用上述3种电解液体系的电池同样在0.2 V下出现电压平台，表明它们在低温环境下仍能形成良好的LiCx多级结构。当充放电速率提升至0.5 C时，使用商用电解液和高浓度乙腈电解液的电池电压平台不明显，而使用局部高浓度乙腈电解液的电池电压平台明显，在低温下具有高可逆比容量；
图2(c)是使用商用电解液、高浓度乙腈电解液、局部高浓度乙腈电解液的石墨|Li电池在-20℃下的循环性能测试图，由图可见，使用局部高浓度乙腈电解液的石墨|Li电池的循环稳定性优于使用其他两种电解液的电池。
如图3为室温条件下，NCM111|Li电池分别在商用电解液（1 M LiPF6 in EC:DMC）、高浓度乙腈电解液（4.5 M LiFSI in AN）、局部高浓度乙腈电解液（2.3 M LiFSI in AN:HFE(1:1)）中倍率性能图，由图可见，使用局部高浓度乙腈电解液的电池表现出良好的倍率性能，同时局部高浓度乙腈电解液在高压正极充放电时不会腐蚀铝集流体，对铝集流体具有高稳定性，能够推广应用于高压电池研究中。
Claims (9)
1.一种低温快充型锂离子电池电解液，其特征在于，所述电池电解液为采用包括锂盐、乙腈以及多氟醚制得的局部高浓度乙腈电解液。
2.由权利要求1所述的低温快充型锂离子电池电解液，其特征在于，所述多氟醚包括1,1,2,2-四氟乙基-2,2,2-三氟乙基醚、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚、1H,1H,5H-八氟戊基-1,1,2,2-四氟乙基醚、双(2,2,2-三氟乙基)醚、1,1,1,3,3,3-六氟异丙基甲基醚的一种。
3.由权利要求1所述的低温快充型锂离子电池电解液，其特征在于，所述锂盐和乙腈首先制得锂盐-乙腈高浓度溶液。
4.由权利要求1所述的低温快充型锂离子电池电解液，其特征在于，所述锂盐包括双氟磺酰亚胺锂盐、双三氟甲磺酰亚胺锂盐、二氟草酸硼酸锂盐、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、三氟甲磺酸锂、二草酸硼酸锂、高氯酸锂、六氟合砷酸锂的一种或以上的任意比例组合。
5.由权利要求3所述的低温快充型锂离子电池电解液的制备方法，其特征在于，所述锂盐-乙腈高浓度溶液的浓度为2~15 mol/L。
6.由权利要求3或5所述的低温快充型锂离子电池电解液的制备方法，其特征在于，所述锂盐-乙腈高浓度溶液与多氟醚的使用体积比为1:（0.5~5）。
7.一种权利要求1~6任一项所述的低温快充型锂离子电池电解液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将锂盐进行预处理，之后与乙腈混合获得锂盐-乙腈高浓度溶液；
在锂盐-乙腈高浓度溶液中加入多氟醚稀释剂，搅拌混匀，即得局部高浓度乙腈电解液。
8.由权利要求7所述的低温快充型锂离子电池电解液的制备方法，其特征在于，所述锂盐进行预处理为将锂盐在60~150℃高温下真空干燥。
9.一种低温快充型锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池由包括正极、负极、隔膜以及权利要求1所述的局部高浓度乙腈电解液组成。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116613383A (zh) * | 2023-07-17 | 2023-08-18 | 湖南法恩莱特新能源科技有限公司 | 一种用于高压锂二次电池的非水电解液及其制备方法和应用 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014241198A (ja) * | 2013-06-11 | 2014-12-25 | 国立大学法人 東京大学 | 高濃度金属塩を含むアセトニトリル電解液、及び当該電解液を含む二次電池 |
| US20150064574A1 (en) * | 2013-08-30 | 2015-03-05 | Hui He | Non-flammable quasi-solid electrolyte and non-lithium alkali metal or alkali-ion secondary batteries containing same |
| CN109449487A (zh) * | 2018-10-31 | 2019-03-08 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种锂离子电池用高浓度电解液及其制备方法以及锂离子电池 |
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2021
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014241198A (ja) * | 2013-06-11 | 2014-12-25 | 国立大学法人 東京大学 | 高濃度金属塩を含むアセトニトリル電解液、及び当該電解液を含む二次電池 |
| US20150064574A1 (en) * | 2013-08-30 | 2015-03-05 | Hui He | Non-flammable quasi-solid electrolyte and non-lithium alkali metal or alkali-ion secondary batteries containing same |
| CN109449487A (zh) * | 2018-10-31 | 2019-03-08 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种锂离子电池用高浓度电解液及其制备方法以及锂离子电池 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| MINJEONG SHIN 等: "Effect of the Hydrofluoroether Cosolvent Structure in Acetonitrile Based Solvate Electrolytes on the Li+ Solvation Structure and Li−S Battery Performance", 《APPLIED MATERIALS & INTERFACES》 * |
| YUKI YAMADA等: "Unusual Stability of Acetonitrile-Based Superconcentrated Electrolytes for Fast-Charging Lithium-Ion Batteries", 《JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116613383A (zh) * | 2023-07-17 | 2023-08-18 | 湖南法恩莱特新能源科技有限公司 | 一种用于高压锂二次电池的非水电解液及其制备方法和应用 |
| CN116613383B (zh) * | 2023-07-17 | 2023-10-10 | 湖南法恩莱特新能源科技有限公司 | 一种用于高压锂二次电池的非水电解液及其制备方法和应用 |
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