CN114006041A - 一种改善磷酸铁锂-石墨电池低温性能的低温电解液 - Google Patents
一种改善磷酸铁锂-石墨电池低温性能的低温电解液 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114006041A CN114006041A CN202111187155.7A CN202111187155A CN114006041A CN 114006041 A CN114006041 A CN 114006041A CN 202111187155 A CN202111187155 A CN 202111187155A CN 114006041 A CN114006041 A CN 114006041A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- low
- temperature
- lithium
- electrolyte
- battery
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 title claims abstract description 44
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 21
- 239000010439 graphite Substances 0.000 title claims abstract description 21
- QSNQXZYQEIKDPU-UHFFFAOYSA-N [Li].[Fe] Chemical compound [Li].[Fe] QSNQXZYQEIKDPU-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 20
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 31
- -1 polydimethylsiloxane Polymers 0.000 claims abstract description 28
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims abstract description 27
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 claims abstract description 18
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 claims abstract description 18
- 239000013538 functional additive Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 claims abstract description 7
- 239000003125 aqueous solvent Substances 0.000 claims abstract description 6
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract 2
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 13
- VAYTZRYEBVHVLE-UHFFFAOYSA-N 1,3-dioxol-2-one Chemical compound O=C1OC=CO1 VAYTZRYEBVHVLE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- SBLRHMKNNHXPHG-UHFFFAOYSA-N 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one Chemical compound FC1COC(=O)O1 SBLRHMKNNHXPHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 125000001153 fluoro group Chemical group F* 0.000 claims description 6
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N ethyl methyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OC JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- FKRCODPIKNYEAC-UHFFFAOYSA-N ethyl propionate Chemical compound CCOC(=O)CC FKRCODPIKNYEAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 claims description 4
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims description 4
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N Diethyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OCC OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N dimethyl carbonate Chemical compound COC(=O)OC IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- ZZXUZKXVROWEIF-UHFFFAOYSA-N 1,2-butylene carbonate Chemical compound CCC1COC(=O)O1 ZZXUZKXVROWEIF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- UHOPWFKONJYLCF-UHFFFAOYSA-N 2-(2-sulfanylethyl)isoindole-1,3-dione Chemical compound C1=CC=C2C(=O)N(CCS)C(=O)C2=C1 UHOPWFKONJYLCF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N Borate Chemical compound [O-]B([O-])[O-] BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-N Sulfurous acid Chemical compound OS(O)=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 claims description 2
- KPUWHANPEXNPJT-UHFFFAOYSA-N disiloxane Chemical class [SiH3]O[SiH3] KPUWHANPEXNPJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- VEWLDLAARDMXSB-UHFFFAOYSA-N ethenyl sulfate;hydron Chemical compound OS(=O)(=O)OC=C VEWLDLAARDMXSB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910001496 lithium tetrafluoroborate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- VDVLPSWVDYJFRW-UHFFFAOYSA-N lithium;bis(fluorosulfonyl)azanide Chemical compound [Li+].FS(=O)(=O)[N-]S(F)(=O)=O VDVLPSWVDYJFRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- YKYONYBAUNKHLG-UHFFFAOYSA-N n-Propyl acetate Natural products CCCOC(C)=O YKYONYBAUNKHLG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229940090181 propyl acetate Drugs 0.000 claims description 2
- YZYKZHPNRDIPFA-UHFFFAOYSA-N tris(trimethylsilyl) borate Chemical compound C[Si](C)(C)OB(O[Si](C)(C)C)O[Si](C)(C)C YZYKZHPNRDIPFA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- QJMMCGKXBZVAEI-UHFFFAOYSA-N tris(trimethylsilyl) phosphate Chemical compound C[Si](C)(C)OP(=O)(O[Si](C)(C)C)O[Si](C)(C)C QJMMCGKXBZVAEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- NQPDZGIKBAWPEJ-UHFFFAOYSA-N valeric acid Chemical compound CCCCC(O)=O NQPDZGIKBAWPEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910003473 lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide Inorganic materials 0.000 claims 1
- QSZMZKBZAYQGRS-UHFFFAOYSA-N lithium;bis(trifluoromethylsulfonyl)azanide Chemical compound [Li+].FC(F)(F)S(=O)(=O)[N-]S(=O)(=O)C(F)(F)F QSZMZKBZAYQGRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 abstract description 17
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 12
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 10
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 5
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- YPGMOWHXEQDBBV-IMJSIDKUSA-N (4R,5R)-1,2-dithiane-4,5-diol Chemical compound O[C@H]1CSSC[C@@H]1O YPGMOWHXEQDBBV-IMJSIDKUSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JGFBQFKZKSSODQ-UHFFFAOYSA-N Isothiocyanatocyclopropane Chemical compound S=C=NC1CC1 JGFBQFKZKSSODQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910013872 LiPF Inorganic materials 0.000 description 1
- 101150058243 Lipf gene Proteins 0.000 description 1
- XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-M Propionate Chemical compound CCC([O-])=O XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- KXKVLQRXCPHEJC-UHFFFAOYSA-N acetic acid trimethyl ester Natural products COC(C)=O KXKVLQRXCPHEJC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000004480 active ingredient Substances 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- PWLNAUNEAKQYLH-UHFFFAOYSA-N butyric acid octyl ester Natural products CCCCCCCCOC(=O)CCC PWLNAUNEAKQYLH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000000110 cooling liquid Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000003949 imides Chemical class 0.000 description 1
- 150000002596 lactones Chemical group 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K lithium iron phosphate Chemical group [Li+].[Fe+2].[O-]P([O-])([O-])=O GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- UUIQMZJEGPQKFD-UHFFFAOYSA-N n-butyric acid methyl ester Natural products CCCC(=O)OC UUIQMZJEGPQKFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021382 natural graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011255 nonaqueous electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000009461 vacuum packaging Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003442 weekly effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
- H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
- H01M10/0566—Liquid materials
- H01M10/0567—Liquid materials characterised by the additives
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0088—Composites
- H01M2300/0091—Composites in the form of mixtures
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
本发明公开了一种改善磷酸铁锂‑石墨电池低温性能的低温电解液，其中低温电解液包括下述原料：非水溶剂、锂盐、低温添加剂和其它功能添加剂，所述低温添加剂为聚二甲基硅氧烷衍生物。本发明通过对低温添加剂聚二甲基硅氧烷进行结构上的改性，使制得的低温电解液具有良好的低温性能，提高磷酸铁锂‑石墨电池在低温环境中的电导率和容量保持率，延长循环寿命。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种改善磷酸铁锂-石墨电池低温性能的低温电解液。
背景技术
磷酸铁锂-石墨电池由于其能量密度高，工作电压高，可靠性好，成本较低等优势，在学术上获得极大关注，在工业界取得长足发展，被广泛运用于小型电子产品，电动汽车，大规模储能等领域。我国幅员辽阔，南北跨度大，气候温度可低至零下50度，而有研究指出传统磷酸铁锂-石墨电池在零下10度以下便失去大部分能量和容量。因此提高低温性能，对于磷酸铁锂-石墨电池的应用，尤其是混合动力以及纯电动汽车的普及推广具有必要性和紧迫性。
为了解决磷酸铁锂-石墨电池在低温环境下面临的上述问题，从电池系统设计、电极材料等方面入手，已经发展出诸多解决方案。而电解液作为磷酸铁锂-石墨电池重要组成部分，低温性能研究主要着眼于扩大溶剂的液态温度区间，可通过优化溶剂组合实现，如加入熔点更低的醋酸甲酯、醋酸乙酯、丁酸甲酯、碳酸二乙酯等作为稀释剂或共溶剂。但是，随着环境温度一再降低，通过使用低熔点的溶剂作为电解液溶剂并非一劳永逸，溶剂在低温下的粘度，离子电导率和介电常数都影响了锂电池电导率、容量保持率和循环寿命等电化学性能。另一方面，低熔点溶剂是否适合在常温或高温环境中工作并保持良好的电化学性能。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种包含了聚二甲基硅氧烷衍生物添加剂的低温电解液，以及一种应用了该电解液的磷酸铁锂-石墨电池。该低温电解液有效提高了磷酸铁锂-石墨电池在-20℃条件下的电导率、容量保持率和循环寿命。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：一种改善磷酸铁锂-石墨电池低温性能的低温电解液，包括非水溶剂、锂盐、低温添加剂和其它功能添加剂。其中，所述添加剂包含结构式I所示的聚二甲基硅氧烷衍生物。
其中R1-R7分别独立选自氢原子或氟原子，且R1、R3、R5中至少一个，至多两个为氟原子；n为每个结构式I所示分子中二甲基硅氧烷单体的数量，100≤n≤150；m为每个结构式I所示分子中甲基丁磺酸内酯硅氧烷单体的数量，100≤m≤150。
优选的，所述聚二甲基硅氧烷衍生物的R1、R5为氟原子，R2、R3、R4、R6、R7为氢原子，n为110，m为110。
优选的，所述低温添加剂占电解液总质量的0.1％-8％。
所述非水溶剂包含碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸丁烯酯、碳酸二乙酯、乙酸丙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯。优选的，非水溶剂占电解液总质量的80％-90％。
所述锂盐可选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟磺酰亚胺锂中的一种或多种。优选的，所述锂盐的含量为电解液总质量的8％-15％。
所述电解液还包含其他功能添加剂，可选自碳酸亚乙烯酯、硫酸乙烯酯、环状硫酸酯、环状亚硫酸酯、三(三甲基硅基)硼酸酯、三(三甲基硅基)磷酸酯和氟代碳酸乙烯酯一种或多种。优选的，所述功能添加剂在非水电解质溶液中的质量百分含量为0.01％-2％。
优选的，其他功能添加剂为碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯，所述碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯和低温添加剂的质量比为1：1：5。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明中使用了聚二甲基硅氧烷衍生物作为低温添加剂，其主要作用是形成厚度薄、离子电导率高、低温下稳定的SEI膜，进而改善了锂离子在低温环境中的各方面性能，包括电导率、容量保持率和循环寿命等。在温度较低(-20℃左右)的情况下，聚二甲基硅氧烷衍生物具有降低电解液中各组分熔点的特性，使体系粘度降低，有利于在低温下保持电导率。以聚二甲基硅氧烷为聚合物能够有效抑制锂电池中极片上锂枝晶的产生，从而提高了磷酸铁锂-石墨电池的循环寿命。氟代磺酰基团能够加速SEI的成膜速度，在石墨负极表面形成稳定且阻抗低的SEI膜，避免电池内阻上升和消耗额外电解液的有效成分造成容量保持率的降低和循环寿命的缩短。本发明中还公开了聚二甲基硅氧烷衍生物作为低温添加剂与其他功能添加剂，如VC、FEC，能够起到协同作用以获得最优的容量保持率，且获得了组合添加剂及含量能兼顾低温容量保持率、低温循环性能及常高温性能的最优方案。
具体实施方式
为了更好的说明本发明的目的、技术方案及优点，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。
实施例1
在充满氩气的手套箱中(氧含量≤5ppm，水含量≤10ppm)将有机溶剂碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)按照25：5：45：25的体积比例混合均匀并不断搅拌，非水溶剂占电解液总质量的82％。随后向混合溶液中加入六氟磷酸锂(LiPF6)并充分搅拌溶解，使其含量为电解液总质量的15％。待混合溶液恢复至室温后，依次加入分别占电解液总质量1％的碳酸亚乙烯酯(VC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)和聚二甲基硅氧烷衍生物，充分搅拌混合均匀。
聚二甲基硅氧烷衍生物结构如下：
电池的制备步骤：将上述配制好的电解液取适量注入设计容量为2.4安时的软包电池中并进行真空封装。所述软包电池正极为磷酸铁锂，负极为天然石墨。该电池随后经过搁置、化成、老化分容等工序即可完成制备。
实施例2-6和对比例中除了添加剂按表1所示添加外，其余步骤与实施例1相同。
表1实施例1-6及对比例的添加剂含量
电化学性能测试：
1、电导率测试：分别在0℃、-10℃、-20℃条件下利用电导率仪测试实施例1-6及对比例中所配制的电解液的电导率。其中，0℃及以下温度条件的测试需要将装有待测电解液的试剂瓶浸入乙二醇冷却液中，在目标温度冷却30分钟后将电导率仪的电极伸入仍在冷却槽中的待测电解液试剂瓶中测得该温度下电导率。
表2对比例1-6及对比例中所用电解液各温度下的电导率
由表2可知：
1)加入了结构式I所示的添加剂后，实施例1-6电解液在各温度下的电导率均高于未添加所述添加剂的对比例电解液，说明该添加剂具有提高电解液低温离子电导率的作用。
2)对比实施例1、2、3可知，温度稍低时(-10℃-0℃左右)，由于聚二甲基硅氧烷衍生物本身粘度较高，随着聚二甲基硅氧烷衍生物添加量的增加，溶液的粘度上升，从而影响常温电导率。在温度更低时(-20℃左右)，随温度降低，电解液中各组分粘度升高。聚二甲基硅氧烷衍生物可以降低其他溶剂熔点，从而降低各组分粘度。同时，聚二甲基硅氧烷衍生物具有较高的介电常数，在低温下有利于保持电解液整体的电导率。
3)对比实施例4、5、6可以看出在结构I所示添加剂存在的情况下，其他添加剂对低温电导率的影响并不明显。
2、-20℃，0.2C容量保持率：待测电池先在25℃下以1C/1C循环3周，再以0.2C/0.2C循环3周进行定容。然后将待测电池静置于-20℃环境中3小时，电池达到目标温度后进行0.2C0放电至截止电压，C0为三周定容容量均值。根据该温度下放电容量计算容量保持率：
容量保持率(％)＝(目标温度下恒流放电容量)/(常温下定容容量)*100。
3、-20℃，1C循环性能测试：将化成后的磷酸铁锂-石墨电池置于-20℃环境中按1C/0.33C恒流充电放电至截至电压进行低温循环。计算每周的容量保持率，当容量保持率低于80％时记录当前循环周数。
表3实施例1-6及对比例的低温电性能
由表3可知：
1)与添加了结构I添加剂的实施例1-6相比，对比例的低温容量保持率和低温循环寿命都最差，说明所述添加剂能够有效提升磷酸铁锂-石墨电池的低温电性能。
2)对比实施例1、2、3，说明高浓度的聚二甲基硅氧烷衍生物添加剂有利于提高低温容量保持率和低温循环寿命。容量保持率得以改善是由于电解液离子电导率上升，且氟代丁磺酸内酯官能团在负极表面形成稳定且阻抗低的SEI膜，最终电池整体阻抗下降。
3)对比实施例4、5、6，说明具有结构式I添加剂与VC、FEC、DTD等其他添加剂协同作用时可以获得最优容量保持率，但是含有DTD添加剂的电解液循环寿命不是最优。且由于DTD的高温稳定性不佳，综合考虑，实施例3所示添加剂组合为兼顾低温容量保持率、低温循环寿命及常高温性能的最优方案。
综上所述，本发明所设计的电解液具有改善磷酸铁锂-石墨电池低温性能的效果，且筛选出来最优添加剂含量及组合。
以上是针对本发明的可行性实施例的具体说明，但该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明技术精神所为的等效实施或变更，均应包含于本发明的专利范围内。
Claims (10)
1.一种改善磷酸铁锂-石墨电池低温性能的低温电解液，其特征在于，包括下述原料：非水溶剂、锂盐、低温添加剂和其它功能添加剂，所述低温添加剂为聚二甲基硅氧烷衍生物；所述低温添加剂结构式I为：
所述结构式I中R1-R7分别独立选自氢原子或氟原子，且R1、R3、R5中至少一个，至多两个为氟原子；n为每个结构式I所示分子中二甲基硅氧烷单体的数量，100≤n≤150；m为每个结构式I所示分子中甲基丁磺酸内酯硅氧烷单体的数量，100≤m≤150。
2.根据权利要求1所述的低温电解液，其特征在于，所述结构式I中的R1、R5为氟原子，R2、R3、R4、R6、R7为氢原子，n为110，m为110。
3.根据权利要求1或2所述的低温电解液，其特征在于，所述非水溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸丁烯酯、碳酸二乙酯、乙酸丙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯中的一种或多种组合。
4.根据权利要求1或2所述的低温电解液，其特征在于，所述锂盐选六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟磺酰亚胺锂中的一种或多种组合。
5.根据权利要求1或2所述的低温电解液，其特征在于，所述其它功能添加剂选自碳酸亚乙烯酯、硫酸乙烯酯、环状硫酸酯、环状亚硫酸酯、三(三甲基硅基)硼酸酯、三(三甲基硅基)磷酸酯、氟代碳酸乙烯酯一种或多种组合。
6.根据权利要求1或2所述的低温电解液，其特征在于，所述其他功能添加剂为碳酸亚乙烯酯和氟代碳酸乙烯酯，所述碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯和低温添加剂的质量比为1：1：5。
7.根据权利要求1或2所述的低温电解液，其特征在于，所述的电解液中，非水溶剂、锂盐、低温添加剂和其它功能添加剂的质量比为80-90：8-15：0.1-8：0.01-2。
8.一种锂电池，包括软包电池、方形铝壳电池、圆柱电池，其特征在于，其电池电解液为权利要求1至7任一项所述的低温电解液。
9.一种锂电池组，包括并联组合、串联组合、串并联组合，其特征在于，使用权利要求8所述的锂电池。
10.一种锂电池包，其特征在于，使用权利要求8所述的锂电池或权利要求9所述的锂电池组。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111187155.7A CN114006041A (zh) | 2021-10-12 | 2021-10-12 | 一种改善磷酸铁锂-石墨电池低温性能的低温电解液 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111187155.7A CN114006041A (zh) | 2021-10-12 | 2021-10-12 | 一种改善磷酸铁锂-石墨电池低温性能的低温电解液 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114006041A true CN114006041A (zh) | 2022-02-01 |
Family
ID=79922662
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111187155.7A Pending CN114006041A (zh) | 2021-10-12 | 2021-10-12 | 一种改善磷酸铁锂-石墨电池低温性能的低温电解液 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114006041A (zh) |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11219867A (ja) * | 1998-01-29 | 1999-08-10 | Asahi Glass Co Ltd | 電気二重層キャパシタ |
| JP2003059530A (ja) * | 2001-08-15 | 2003-02-28 | Fuji Photo Film Co Ltd | 電解質組成物、及び非水電解質二次電池 |
| KR20090081880A (ko) * | 2008-01-25 | 2009-07-29 | 삼성에스디아이 주식회사 | 리튬이차전지 전해질용 첨가제, 이를 포함하는 유기 전해액및 상기 전해액을 채용한 리튬 전지 |
| KR20100031019A (ko) * | 2008-09-11 | 2010-03-19 | 삼성에스디아이 주식회사 | 리튬 이차 전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지 |
| CN103413970A (zh) * | 2013-08-06 | 2013-11-27 | 朝阳永恒化学有限公司 | 低温型碳酸酯锂电池电解液 |
| CN104752766A (zh) * | 2013-12-30 | 2015-07-01 | 比亚迪股份有限公司 | 电解液添加剂、含该添加剂的电解液及使用电解液的锂离子电池 |
| CN105789611A (zh) * | 2016-03-23 | 2016-07-20 | 合肥国轩高科动力能源有限公司 | 一种兼顾电池高低温循环性能的电解液及锂离子电池 |
| CN107180993A (zh) * | 2017-06-25 | 2017-09-19 | 长沙善道新材料科技有限公司 | 一种耐低温锂电池电解液 |
| US20180375154A1 (en) * | 2017-06-23 | 2018-12-27 | Contemporary Amperex Technology Co., Limited | Electrolyte and lithium-ion battery |
-
2021
- 2021-10-12 CN CN202111187155.7A patent/CN114006041A/zh active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11219867A (ja) * | 1998-01-29 | 1999-08-10 | Asahi Glass Co Ltd | 電気二重層キャパシタ |
| JP2003059530A (ja) * | 2001-08-15 | 2003-02-28 | Fuji Photo Film Co Ltd | 電解質組成物、及び非水電解質二次電池 |
| KR20090081880A (ko) * | 2008-01-25 | 2009-07-29 | 삼성에스디아이 주식회사 | 리튬이차전지 전해질용 첨가제, 이를 포함하는 유기 전해액및 상기 전해액을 채용한 리튬 전지 |
| KR20100031019A (ko) * | 2008-09-11 | 2010-03-19 | 삼성에스디아이 주식회사 | 리튬 이차 전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지 |
| CN103413970A (zh) * | 2013-08-06 | 2013-11-27 | 朝阳永恒化学有限公司 | 低温型碳酸酯锂电池电解液 |
| CN104752766A (zh) * | 2013-12-30 | 2015-07-01 | 比亚迪股份有限公司 | 电解液添加剂、含该添加剂的电解液及使用电解液的锂离子电池 |
| CN105789611A (zh) * | 2016-03-23 | 2016-07-20 | 合肥国轩高科动力能源有限公司 | 一种兼顾电池高低温循环性能的电解液及锂离子电池 |
| US20180375154A1 (en) * | 2017-06-23 | 2018-12-27 | Contemporary Amperex Technology Co., Limited | Electrolyte and lithium-ion battery |
| CN107180993A (zh) * | 2017-06-25 | 2017-09-19 | 长沙善道新材料科技有限公司 | 一种耐低温锂电池电解液 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| KWANG MAN KIM,ET AL.: ""Improvement of lithium-ion battery performance at low temperature by adopting polydimethylsiloxane-based electrolyte additives"", 《ELECTROCHIMICA ACTA》 * |
| 陈果等: "磷酸铁锂电池低温电解液开发及性能研究", 《汽车科技》 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109818064B (zh) | 一种高温高电压非水电解液及含该非水电解液的锂离子电池 | |
| CN112670577B (zh) | 一种电解液及其制备方法和锂离子电池 | |
| CN111180796B (zh) | 一种非水电解液及其制备方法和在锂离子电池中的应用 | |
| CN112531210A (zh) | 电解液添加剂及应用和包括该添加剂的非水电解液 | |
| CN112331917A (zh) | 一种宽温域锂离子电池电解液及其制备方法与应用 | |
| CN111477956A (zh) | 一种锂离子电池非水电解液添加剂、非水电解液及锂离子电池 | |
| CN114188607B (zh) | 添加剂及使用该添加剂的电解液和锂离子电池 | |
| CN113903991A (zh) | 一种锂离子电池非水电解液和应用 | |
| CN115411369B (zh) | 电解液及其制备方法、电化学装置 | |
| CN116683028A (zh) | 电解液添加剂、电解液和锂离子电池 | |
| CN116525940A (zh) | 一种钠离子电池电解液和钠离子电池 | |
| CN114824471A (zh) | 一种兼顾高低温性能的磷酸铁锂锂离子电池的电解液 | |
| CN115332637A (zh) | 一种高锂盐浓度电解液及其在锂离子电池中的使用方法 | |
| CN113394457B (zh) | 一种锂离子电池电解液及锂离子电池 | |
| CN115207472A (zh) | 一种电解液、制备方法及包含其的锂离子电池 | |
| CN115241531A (zh) | 一种适用于低温环境的电解液及其应用 | |
| CN111934013B (zh) | 一种宽温度范围的锂离子电池电解液 | |
| CN114927758A (zh) | 一种改善锂离子电池高温性能的电解液及锂离子电池 | |
| CN114566706A (zh) | 锂电池电解液及锂电池 | |
| CN114566711A (zh) | 一种电解液及其制备方法和含有其的高镍锂离子电池 | |
| CN111430800B (zh) | 电解液添加剂及应用、包括该添加剂的非水电解液和电池 | |
| CN114006041A (zh) | 一种改善磷酸铁锂-石墨电池低温性能的低温电解液 | |
| CN110416606B (zh) | 一种用于硅碳负极锂离子电池的电解液 | |
| CN113078357A (zh) | 一种高电压锂离子电池非水电解液及锂离子电池 | |
| CN115133125A (zh) | 一种提高锂盐添加剂溶解度的方法及含锂盐添加剂的电解液 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220201 |