CN114006038A - 一种用于低温的锂离子电池电解液 - Google Patents

一种用于低温的锂离子电池电解液 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于低温的锂离子电池电解液，所述的电解液包括锂盐、添加剂及非水有机溶剂，所述的锂盐为磷酸类锂盐、磺酰亚胺类锂盐、硼酸类锂盐三种复合锂盐，所述的添加剂选自氟代碳酸乙烯酯和乙氧基五氟环三磷腈，所述的非水有机溶剂包括碳酸酯溶剂和线性羧酸酯溶剂。本发明通过低凝固点和低粘度的线性羧酸酯类溶剂搭配碳酸酯类溶剂，降低电解液的粘度，保持溶剂与石墨负极的界面相容性，同时调整锂盐体系，提高电解液低温锂离子导电率，提高锂离子电池低温倍率性能，此外加入多种添加剂，形成稳定的界面膜，改善锂离子电池低温循环和倍率性能。

Description

一种用于低温的锂离子电池电解液
技术领域
本发明属于锂离子电池电解液技术领域，具体涉及到一种用于低温的锂离子电池电解液。
背景技术
锂离子电池作为当今最成功的化学储能电池之一，具有标称电压高、比能量高、循环寿命长、无记忆效应等特点，而且绿色环保，无污染，其足迹不仅遍布消费类电子产品，更开疆扩土进入到电动汽车领域。但是性能如此优异的锂离子电池却对温度十分敏感，低温会导致锂离子电池电性能下降，甚至会导致锂离子电池无法使用。在低温充电过程中，尤其是低温大倍率充电时，负极将出现锂金属析出与沉积，沉积的金属锂易与电解液发生不可逆反应消耗大量的电解液，同时使SEI膜厚度进一步增加，导致电池负极表面膜的阻抗进一步增大，电池极化再次增强，最将会极大破坏电池的低温性能、循环寿命及安全性能。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于低温的锂离子电池电解液，旨在改善锂离子电池高温存储及高温循环性能。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为:
一种用于低温的锂离子电池电解液，所述的电解液包括锂盐、添加剂及非水有机溶剂，所述的锂盐为磷酸类锂盐、磺酰亚胺类锂盐、硼酸类锂盐三种复合锂盐，所述的添加剂为氟代碳酸乙烯酯荷乙氧基五氟环三磷腈，所述的非水有机溶剂包括碳酸酯溶剂和线性羧酸酯溶剂。
所述的锂盐占电解液总质量的10~25%，所述的添加剂占电解液总质量的2~10%。进一步地，所述的锂盐占电解液总质量的15~22%，所述的添加剂占电解液总质量的4~10%。
所述的磷酸类锂盐、磺酰亚胺类锂盐、硼酸类锂盐的质量比为5~20%：40~55%：20:40%。进一步地，所述的磷酸类锂盐、磺酰亚胺类锂盐、硼酸类锂盐的质量比为5~20%：40~50%：20:30%。
所述的氟代碳酸乙烯酯占电解液总质量的0.5~5%，乙氧基五氟环三磷腈的质量比为1~5%。进一步地，所述的氟代碳酸乙烯酯占电解液总质量的0.5~3%，乙氧基五氟环三磷腈的质量比为3~5%。
所述的碳酸酯溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯中的一种或多种。进一步地，所述的碳酸酯溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯中的一种或多种。
所述的线性羧酸酯为丙酸丙酯、丁酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸甲酯中的一种或多种。进一步地，所述的线性羧酸酯为丙酸丙酯、丁酸乙酯中的一种或多种。
本发明的有益效果在于：
现有的商业化低温电解液采取碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯作为溶剂组成的一部分降低电解液的粘度以改善电解液在低温条件下锂离子电导率，同时添加大量不同的添加剂以改善低温循环性能。然而，碳酸乙烯酯只能在-20℃以上工作，而碳酸丙烯酯会与锂离子共嵌入石墨结构中，造成石墨剥离，同时其电化学还原导致电解质分解，造成石墨和电解质界面稳定性差，此外过多的添加剂将会使形成的SEI膜阻抗较大，倍率性能降低，导致容量衰减。本发明通过低凝固点和低粘度的线性羧酸酯类溶剂搭配碳酸酯类溶剂，降低电解液的粘度，同时保持溶剂与石墨负极的界面相容性；同时，本发明锂盐体系更多的加入磺酰亚胺类锂盐和硼酸类锂盐，以提高电解液低温锂离子导电率，提高锂离子电池低温倍率性能，而加入少量的磷酸类锂盐可稳定铝箔，防止磺酰亚胺类锂盐腐蚀铝箔，而且磷酸类锂盐的存在可使形成的SEI膜具有更低的电荷转移阻抗，可促进快速的电荷转移，实现优异的充放电性能和循环性能；此外氟代碳酸乙烯酯可在负极表面形成稳定的SEI膜，防止电解液持续消耗，促进锂离子界面转移，提高锂离子电池在低温的循环性能，而乙氧基五氟环三磷腈可优先在正极界面氧化分解形成稳定的界面膜，同时其具有阻燃性，可提高锂离子电池的安全性能。本发明通过调整溶剂、锂盐及添加剂体系，提供一种低温电解液以改善锂离子电池低温循环和倍率性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
实施例1：
在手套箱中，将碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯：丙酸丙酯按质量比1：1：1进行混合，然后按照质量比为20%：50%：30%逐步将六氟磷酸锂、双氟甲基磺酰亚胺锂、双草酸硼酸锂加入至混合溶液中，充分溶解，然后加入3%的氟代碳酸乙烯酯和5%的乙氧基五氟环三磷腈，混合均匀即可制备得到电解液。
实施例2：
在手套箱中，将碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯：丙酸丙酯按质量比1：2：1进行混合，然后按照质量比为20%：50%：30%逐步将六氟磷酸锂、双氟甲基磺酰亚胺锂、双草酸硼酸锂加入至混合溶液中，充分溶解，然后加入3%的氟代碳酸乙烯酯和5%的乙氧基五氟环三磷腈，混合均匀即可制备得到电解液。
实施例3：
在手套箱中，将碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯：丙酸丙酯按质量比1：1：2进行混合，然后按照质量比为20%：50%：30%逐步将六氟磷酸锂、双氟甲基磺酰亚胺锂、双草酸硼酸锂加入至混合溶液中，充分溶解，然后加入3%的氟代碳酸乙烯酯和5%的乙氧基五氟环三磷腈，混合均匀即可制备得到电解液。
实施例4：
在手套箱中，将碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯：丙酸丙酯按质量比2：1：1进行混合，然后按照质量比为20%：50%：30%逐步将六氟磷酸锂、双氟甲基磺酰亚胺锂、双草酸硼酸锂加入至混合溶液中，充分溶解，然后加入3%的氟代碳酸乙烯酯和5%的乙氧基五氟环三磷腈，混合均匀即可制备得到电解液。
实施例5：
在手套箱中，将碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯：丙酸丙酯按质量比1：1：1进行混合，然后按照质量比为20%：50%：30%逐步将六氟磷酸锂、双氟甲基磺酰亚胺锂、双草酸硼酸锂加入至混合溶液中，充分溶解，然后加入1%的氟代碳酸乙烯酯和5%的乙氧基五氟环三磷腈，混合均匀即可制备得到电解液。
实施例6：
在手套箱中，将碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯：丙酸丙酯按质量比1：1：1进行混合，然后按照质量比为20%：50%：30%逐步将六氟磷酸锂、双氟甲基磺酰亚胺锂、双草酸硼酸锂加入至混合溶液中，充分溶解，然后加入2%的氟代碳酸乙烯酯和5%的乙氧基五氟环三磷腈，混合均匀即可制备得到电解液。
实施例7：
在手套箱中，将碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯：丙酸丙酯按质量比1：1：1进行混合，然后按照质量比为20%：50%：30%逐步将六氟磷酸锂、双氟甲基磺酰亚胺锂、双草酸硼酸锂加入至混合溶液中，充分溶解，然后加入5%的乙氧基五氟环三磷腈，混合均匀即可制备得到电解液。
本发明提供了一种用于低温的锂离子电池电解液，有效地改善了锂离子电池的低温循环和倍率性能。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明的技术范围作出任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案范围内。

Claims (6)

1.一种用于低温的锂离子电池电解液，其特征在于，所述的电解液包括锂盐、添加剂及非水有机溶剂，所述的锂盐为磷酸类锂盐、磺酰亚胺类锂盐、硼酸类锂盐三种复合锂盐，所述的添加剂为氟代碳酸乙烯酯荷乙氧基五氟环三磷腈，所述的非水有机溶剂包括碳酸酯溶剂和线性羧酸酯溶剂。
2.根据权利要求1所述的一种用于低温的锂离子电池电解液，其特征在于，所述的锂盐占电解液总质量的10~25%，所述的添加剂占电解液总质量的2~10%。
3.根据权利要求1所述的一种用于低温的锂离子电池电解液，其特征在于，所述的磷酸类锂盐、磺酰亚胺类锂盐、硼酸类锂盐的质量比为5~20%：40~55%：20:40%。
4.根据权利要求1所述的一种用于低温的锂离子电池电解液，其特征在于，所述的氟代碳酸乙烯酯占电解液总质量的0.5~5%，乙氧基五氟环三磷腈的质量比为1~5%。
5.根据权利要求1所述的一种用于低温的锂离子电池电解液，其特征在于，所述的碳酸酯溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种用于低温的锂离子电池电解液，其特征在于，所述的线性羧酸酯为丙酸丙酯、丁酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸甲酯中的一种或多种。
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