CN113782818A - 一种抗低温电解液及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗低温电解液及其制备方法与应用，其中一种抗低温电解液，包括电解质、添加剂与溶剂；所述电解质包含六氟磷酸锂和其他锂盐；所述添加剂包括氟代碳酸乙烯酯和/或具有2‑3个腈基官能团的腈类化合物；所述溶剂包括第一溶剂与第二溶剂；所述第一溶剂包括碳酸二甲酯和碳酸二乙酯的混合溶剂；所述第二溶剂包括碳酸甲乙酯和碳酸甲丙酯的混合溶剂。本发明抗低温电解液可使得锂离子电池具有十分优异的低温性能，保证了锂电池在‑20至‑40摄氏度下的充电放电性能。
Description
技术领域
本发明属于电解液技术领域，具体涉及一种抗低温电解液及其制备方法与应用。
背景技术
电解液作为锂离子电池离子传输的重要载体，其组成和性能很大程度上会影响电池的循环容量和使用寿命。常规电解液体系的锂离子电池在低温条件下，电解液粘度增大，电导率降低，常常会导致充放电容量低和析锂等现象，进而导致产品不能正常使用甚至爆炸。
目前电解液中的导电盐多为六氟磷酸锂，但以六氟磷酸锂为导电盐的二次锂电池低温性能很难满足实际需要。当环境温度低至零下40摄氏度，甚至更低时，电池无法完全释放其全部容量，甚至无法正常工作，从而限制了二次锂电池在极端温度条件下的应用。当温度降低时，目前以六氟磷酸锂作为导电盐的商用电解质溶液部分会发生晶析或固化，黏度增加，电导率急剧下降，电解质与电极的界面阻抗大大增加，导致电池性能急剧下降，甚至导致电池不能工作。
因此，开发具有抗低温能力的电解质溶液对于锂电池的循环寿命、储存寿命的提高都具有十分重要的意义。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是：
提供一种抗低温电解液。
本发明所要解决的第二个技术问题是：
提供一种上述抗低温电解液的制备方法。
本发明还提出一种电池，包括上述的一种抗低温电解液，以及电池负极、电池正极和隔膜。
为了解决上述第一个技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种抗低温电解液，包括电解质、添加剂与溶剂；
所述电解质包含六氟磷酸锂和其他锂盐；
所述添加剂包括氟代碳酸乙烯酯和/或具有2-3个腈基官能团的腈类化合物；
所述溶剂包括第一溶剂与第二溶剂；
所述第一溶剂包括碳酸二甲酯和碳酸二乙酯的混合溶剂；
所述第二溶剂包括碳酸甲乙酯和碳酸甲丙酯的混合溶剂。
复合锂盐克服了单独使用六氟磷酸锂缺乏温度稳定性的缺点，且其中的阴离子具有低对称性和良好的自由度，在低温下不易结晶。
根据本发明的一种实施方式，上述电解质在电解液中的锂离子浓度为1.2-1.8mol/L。
根据本发明的一种实施方式，上述添加剂在抗低温电解液中的质量百分比为1.5％-12％。
根据本发明的一种实施方式，上述其他锂盐包括二氟磷酸锂、二氟草酸磷酸锂和四氟硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双三氟甲磺酰基酰亚胺锂、双三氟甲基亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、高氯酸锂中的至少一种。
根据本发明的一种实施方式，上述六氟磷酸锂与其他锂盐的摩尔比为1-18：1-4。
根据本发明的一种实施方式，上述具有2-3个腈基官能团的腈类化合物为己二腈、丁二腈、二甲基戊二腈、1，3，6-己烷三腈、庚二腈中的至少一种。
根据本发明的一种实施方式，上述第一溶剂与第二溶剂体积比为：42-63：16-20。
根据本发明的一种实施方式，上述抗低温电解液还包括富马酸二甲酯和六甲基二硅胺烷。
通过加入六甲基二硅胺烷，提高了低温时电解液与负极的兼容程度，降低电池低温循环过程中的阻抗。
富马酸二甲酯可以有效的降低电解液在负极表面的分解，参与负极成膜，形成稳定、致密、低阻抗的SEI膜。
为了解决上述第二个技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种制备上述抗低温电解液的方法，包括以下步骤：
在湿度小于800ppm的环境中，混合第一溶剂和第二溶剂，然后加入添加剂和电解质，搅拌得到所述抗低温电解液。
本发明的再一个方面，还提供一种电池，包括上述的一种抗低温电解液，以及电池负极、电池正极和隔膜。
上述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：
1.本发明电解液中采用复合锂盐，该复合锂盐克服了单独使用六氟磷酸锂缺乏温度稳定性的缺点，且其中的阴离子具有低对称性和良好的自由度，在低温下不易结晶；
2.第一溶剂和第二溶剂都具有低凝固点、低粘度，可以降低锂离子电解液在低温下的凝固点，改善电解液的低温电导率；
3.富马酸二甲酯可以有效的降低电解液在负极表面的分解，参与负极成膜，形成稳定、致密、低阻抗的SEI膜；
4.本发明抗低温电解液可使得锂离子电池具有十分优异的低温性能，保证了锂电池在-20至-40摄氏度下的充电放电性能。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式予以说明。
实施例1
在湿度为750ppm的环境中，取碳酸二甲酯和碳酸二乙酯的混合溶剂42ml，加入到16ml的碳酸甲乙酯和碳酸甲丙酯的混合溶剂中，然后加入0.8g的氟代碳酸乙烯酯和0.6g的丁二腈，再加入8g六氟磷酸锂、1.5g二氟磷酸锂、1g二氟草酸磷酸锂、0.8g富马酸二甲酯和0.3g六甲基二硅胺烷，搅拌得到所述抗低温电解液。
实施例2
在湿度为750ppm的环境中，取碳酸二甲酯和碳酸二乙酯的混合溶剂24ml，加入到34ml的碳酸甲乙酯和碳酸甲丙酯的混合溶剂中，然后加入0.8g的氟代碳酸乙烯酯和0.6g的丁二腈，再加入8g六氟磷酸锂、1.5g二氟磷酸锂、1g二氟草酸磷酸锂、0.8g富马酸二甲酯和0.3g六甲基二硅胺烷，搅拌得到所述抗低温电解液。
实施例3
在湿度为750ppm的环境中，取碳酸二甲酯和碳酸二乙酯的混合溶剂10ml，加入到48ml的碳酸甲乙酯和碳酸甲丙酯的混合溶剂中，然后加入0.8g的氟代碳酸乙烯酯和0.6g的丁二腈，再加入8g六氟磷酸锂、1.5g二氟磷酸锂、1g二氟草酸磷酸锂、0.8g富马酸二甲酯和0.3g六甲基二硅胺烷，搅拌得到所述抗低温电解液。
对比例1
在湿度为750ppm的环境中，取碳酸二甲酯和碳酸二乙酯的混合溶剂42ml，加入到16ml的碳酸甲乙酯和碳酸甲丙酯的混合溶剂中，然后加入0.8g的氟代碳酸乙烯酯和0.6g的丁二腈，再加入10.5g六氟磷酸锂、0.8g富马酸二甲酯和0.3g六甲基二硅胺烷，搅拌得到所述抗低温电解液。
对比例2
在湿度为750ppm的环境中，取碳酸二甲酯和碳酸二乙酯的混合溶剂42ml，加入到16ml的碳酸甲乙酯和碳酸甲丙酯的混合溶剂中，然后加入8g六氟磷酸锂、1.5g二氟磷酸锂、1g二氟草酸磷酸锂、0.8g富马酸二甲酯和0.3g六甲基二硅胺烷，搅拌得到所述抗低温电解液。
性能测试：
一种Li2MnSiO4电池包括正极、负极、PE隔膜，以及按照本发明制备的电解液。
将实验例1-3与对比例1-2分别进行不同温度下放电比容量和-40℃下电压的测试，测试结果如下：
试验结果表明，本发明的抗低温电解液具有十分优异的性能，常温下，由其制成的电池具有189.8-191.3mAh/g的放电比容量，且在-40℃的放电比容量保持率为73.0％-82.7％。
以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种抗低温电解液，其特征在于：
包括电解质、添加剂与溶剂；
所述电解质包含六氟磷酸锂和其他锂盐；
所述添加剂包括氟代碳酸乙烯酯和/或具有2-3个腈基官能团的腈类化合物；
所述溶剂包括第一溶剂与第二溶剂；
所述第一溶剂包括碳酸二甲酯和碳酸二乙酯的混合溶剂；
所述第二溶剂包括碳酸甲乙酯和碳酸甲丙酯的混合溶剂。
2.根据权利要求1所述的一种抗低温电解液，其特征在于：
所述电解质在电解液中的锂离子浓度为1.2-1.8mol/L。
3.根据权利要求1所述的一种抗低温电解液，其特征在于：
所述添加剂在抗低温电解液中的质量百分比为1.5％-12％。
4.根据权利要求1所述的一种抗低温电解液，其特征在于：
所述其他锂盐包括二氟磷酸锂、二氟草酸磷酸锂和四氟硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双三氟甲磺酰基酰亚胺锂、双三氟甲基亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、高氯酸锂中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种抗低温电解液，其特征在于：
所述六氟磷酸锂与其他锂盐的摩尔比为1-18：1-4。
6.根据权利要求1所述的一种抗低温电解液，其特征在于：
所述具有2-3个腈基官能团的腈类化合物为己二腈、丁二腈、二甲基戊二腈、1，3，6-己烷三腈、庚二腈中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种抗低温电解液，其特征在于：
所述第一溶剂与所述第二溶剂体积比为：42-63：16-20。
8.根据权利要求1所述的一种抗低温电解液，其特征在于：
所述抗低温电解液还包括富马酸二甲酯和六甲基二硅胺烷。
9.一种制备如权利要求1至8任一项所述的一种抗低温电解液的方法，其特征在于：包括以下步骤：
在湿度小于800ppm的环境中，混合第一溶剂和第二溶剂，然后加入添加剂和电解质，搅拌得到所述抗低温电解液。
10.一种锂离子电池，包括权利要求1至8任一项所述的一种抗低温电解液，以及电池负极、电池正极和隔膜。
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