CN114583162A - 一种三联吡啶基多向多羧酸化合物的应用及其低温电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三联吡啶基多向多羧酸化合物在低温锂离子电池的应用及其低温锂离子电池，属于锂离了电池领域，其将与过渡金属离子配位的三联吡啶基多向多羧酸化合物作为负极活性材料应用于低温锂离子电池的负极中，同时配伍含非水有机溶剂、电解质锂盐及添加剂的低温型电解液，制成低温锂离子电池。相比传统的石墨电极，本发明中，将三联吡啶基多向多羧酸化合物作为低温锂离子电池的负极活性材料使用时，与低温型电解液配伍，能有效降低电池内阻，使电池电化学性能良好。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池领域，更具体地，涉及一种三联吡啶基多向多羧酸化合物的应用及其低温锂离子电池。
背景技术
近年来，锂离子电池因其长循环寿命、高能量密度等优点成为了人类日常生活中不可或缺的一种新型能源，其应用范围逐渐从便携式电子产品领域扩大到电动车、航空航天以及军工等领域。而电动汽车的大力推广对现有锂离子电池综合性能提出了更高的要求。
电极材料是电池的核心部分，目前，应用于低温锂离子电池的负极材料大多都是石墨材料，但在低温条件下该类型电池的能量和功率都有严重的损失；相比之下，三联吡啶基多向多羧酸化合物作为一种新型有机负极材料，具有高理论容量、结构稳定等优点，在低温条件下，仍有较为良好的充放电性能。
其次，电解液是电池的重要组成之一，随着环境温度的降低，电解液粘度变大，锂离子迁移受阻，电极材料动力学过程缓慢，电池在低温下的性能也因此快速下降，这大大限制了锂离子电池在寒冷地区或低温季节的应用，所以选用低温型电解液，使低温下的电池内阻变小，从而提高锂离子电池的低温性能是一种较为便捷的方法。
因此，需要开发一种新型的有机材料代替传统石墨材料，同时探究与该电极配伍的低温型电解液，提高锂离子电池在低温条件下应用的性能。
发明内容
鉴于石墨负极低温性能不佳的缺点以及低温锂离子电池的改进需求，本发明提出了三联吡啶基多向多羧酸化合物在低温锂离子电池中的应用及其低温电池，其目的在于，将具有π-共轭结构的三联吡啶基多向多羧酸化合物作为低温锂离子电池的负极活性材料使用时，可以提高低温条件下分子间电子以及Li+的传输与扩散能力，同时匹配合适的低温型电解液，可以降低电解液粘度及内阻，从而提高低温条件下的电化学性能。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种三联吡啶基多向多羧酸化合物的应用，将三联吡啶基多向多羧酸化合物作为负极活性材料应用于低温锂离子电池中。与石墨负极相比，三联吡啶基多向多羧酸化合物的共轭羧酸配体可以与多种金属离子配位，容纳多个电子，在低温条件下仍有较好的放电容量。
进一步的，三联吡啶基多向多羧酸化合物具有金属-有机骨架，其结构更加开放，内部孔径也可以灵活变换，这种化合物可以很好地适应温度的复杂变化，在低温条件下，也能提供一种稳定的离子传输通道，从而降低电池内阻，提高了低温下的电化学性能。
按照本发明的第二个方面，还提供一种低温锂离子电池，包括含正极活性材料的正极、含负极活性材料的负极，介于正负极间的隔膜，电解液。其中，负极采用三联吡啶基多向多羧酸化合物作为负极活性材料。
进一步的，所述低温锂离子电池的正极活性材料，选自可逆嵌脱锂量大、锂离子扩散系数高的材料，优选的，包括具有六方层状晶体结构的锂化过渡金属氧化物、具有立方尖晶石晶体结构的锂化过渡金属氧化物以及具有正交橄榄石晶体结构的锂化过渡金属磷酸盐的一种或者多种形成的复合物。
进一步的，所述负极中除电极活性材料外，还加入导电剂和粘结剂，将活性材料、导电剂和粘结剂混合研磨成浆料，均匀涂覆在集流体上，并通过烘干、辊压等工序制成负极片。
进一步的，所述隔膜为聚乙烯微孔膜、聚丙烯微孔膜等膜材料，其作用是在正极和负极间形成物理绝缘。
进一步的，所述低温锂离子电池的电解液包括有机溶剂和锂盐，其中，所述有机溶剂选自碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸甲乙酯(EMC)；所述锂盐选自六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、二氟草酸硼酸锂(LiODFB)，添加剂选自氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、γ-丁内酯(GBL)，其中，锂盐的浓度为0.8～1.5mol/L，添加剂质量占电解液总质量的0.01～8％。
本发明的有益效果是：
本发明的低温锂离子电池，其负极活性材料采用三联吡啶基多向多羧酸化合物，与传统石墨电极相比，该活性材料有多个羧基活性位点以及稳定的大共轭体系，有助于低温条件下分子间电子以及锂离子的传输与扩散，同时与低温型电解液配伍，降低了电池在低温下的极化，从而获得更好的低温性能；本发明的低温锂离子电池，在低温下具有良好的电化学性能：经过100次循环后，-20℃下的可逆容量达到251mAh/g，是石墨电极的5倍。
附图说明
图1是实施例2与对比例1在-20℃下循环100次后的循环性能图；
图2是实施例6与对比例2在-40℃下的Nyquist图；
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
一种低温型电解液的制备方法：
将有机溶剂碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)和碳酸甲乙酯(EMC)在充满氩气的手套箱(水含量＜1ppm，氧含量＜1ppm)中，按质量比0∶2∶8均匀混合，然后加入锂盐LiPF6溶解混合，使LiPF6浓度为1.25mol/L；
一种锂离子电池负极片的制备方法：
将三联吡啶基多向多羧酸化合物与导电剂super-P以及粘结剂聚偏氟乙烯按照7∶2∶1的重量配比均匀混合并研磨成浆料，研磨过程中用N-甲基吡咯烷酮作为溶剂调节该混合物的黏度，充分研磨后均匀涂覆在电极集流体(铜箔)上，在80℃条件下烘干12h，辊压后再用切片机切成直径为1cm的圆形片，称量备用；
一种锂离子扣式电池的组装及电化学性能测试方法：
以制备的圆形片为负极、锂片为参比电极、Celgard 2400为隔膜，添加100μL电解液，在充满氩气的手套箱(水含量＜1ppm，氧含量＜1ppm)中，按照负极壳、锂片、电解液、隔膜、圆形片、垫片、弹片、正极壳的顺序组装扣式电池，随后用压片机将电池压实装入自封袋中，静置12h后，将装配的电池在50mAh/g的电流密度下进行恒流充放电测试，考察电池在-20℃的容量性能。
实施例2
一种低温型电解液的制备方法：
将有机溶剂碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)和碳酸甲乙酯(EMC)在充满氩气的手套箱(水含量＜1ppm，氧含量＜1ppm)中，按质量比1∶1∶8均匀混合，然后加入锂盐LiPF6溶解混合，使LiPF6浓度为1.25mol/L；
其余方法同实施例1。
实施例3
一种低温型电解液的制备方法：
将有机溶剂碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)和碳酸甲乙酯(EMC)在充满氩气的手套箱(水含量＜1ppm，氧含量＜1ppm)中，按质量比2∶1∶7均匀混合，然后加入锂盐LiPF6溶解混合，使LiPF6浓度为1.25mol/L；
其余方法同实施例1。
实施例4
一种低温型电解液的制备方法：
将有机溶剂碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)和碳酸甲乙酯(EMC)在充满氩气的手套箱(水含量＜1ppm，氧含量＜1ppm)中，按质量比0∶2∶8均匀混合，然后加入锂盐LiODFB溶解混合，使LiODFB浓度为1mol/L；
其余方法同实施例1。
实施例5
一种低温型电解液的制备方法：
将有机溶剂碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)和碳酸甲乙酯(EMC)在充满氩气的手套箱(水含量＜1ppm，氧含量＜1ppm)中，按质量比1∶1∶8均匀混合，然后加入锂盐LiODFB溶解混合，使LiODFB浓度为1mol/L；
其余方法同实施例1。
实施例6
一种低温型电解液的制备方法：
将有机溶剂碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)和碳酸甲乙酯(EMC)在充满氩气的手套箱(水含量＜1ppm，氧含量＜1ppm)中，按质量2∶1∶7均匀混合，然后加入锂盐LiODFB溶解混合，使LiODFB浓度为1mol/L；
一种电解液阻抗的测试方法：
以不锈钢钢片作为工作电极，锂片作为辅助电极和对电极，通过实施例1中锂离子扣式电池的组装方法将配制好的电解液与两电极装配成电池，在不同温度下静置1h后，使用电化学工作站测试该电池在不同温度下的阻抗；
其余方法同实施例1。
实施例7
一种低温型电解液的制备方法：
将有机溶剂碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)和碳酸甲乙酯(EMC)在充满氩气的手套箱(水含量＜1ppm，氧含量＜1ppm)中，按质量2∶1∶7均匀混合，再加入质量占比2％的氟代碳酸乙烯酯(FEC)，然后加入锂盐LiODFB溶解混合，使LiODFB浓度为1mol/L；
其余方法同实施例1。
实施例8
一种低温型电解液的制备方法：
将有机溶剂碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)和碳酸甲乙酯(EMC)在充满氩气的手套箱(水含量＜1ppm，氧含量＜1ppm)中，按质量2∶1∶7均匀混合，再加入质量占比4％的氟代碳酸乙烯酯(FEC)，然后加入锂盐LiODFB及锂盐LiBF4溶解混合，使LiODFB浓度为0.8mol/L，LiBF4浓度为0.2mol/L；
其余方法同实施例1。
对比例1
一种锂离子电池负极片的制备方法：
将鳞片石墨与导电剂super-P以及粘结剂聚偏氟乙烯按照7∶2∶1的重量配比均匀混合并研磨成浆料，研磨过程中用N-甲基吡咯烷酮作为溶剂调节该混合物的黏度，充分研磨后均匀涂覆在电极集流体(铜箔)上，在80℃条件下烘干12h，辊压后再用切片机切成直径为1cm的圆形片，称量备用；
其余方法同实施例2。
对比例2
一种常温型电解液的制备方法：
将有机溶剂碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)和碳酸甲乙酯(EMC)在充满氩气的手套箱(水含量＜1ppm，氧含量＜1ppm)中，按质量3∶0∶7均匀混合，然后加入锂盐LiODFB溶解混合，使LiODFB浓度为1mol/L；
电解液阻抗的测试方法同实施例6。
以上实施例装配的是以锂片为参比电极的扣式半电池，装配过程中并未使正极活性材料，在实际工程实践中，低温锂离子电池的正极活性材料可选自具有六方层状晶体结构的锂化过渡金属氧化物、具有立方尖晶石晶体结构的锂化过渡金属氧化物等材料，同样的，电解液中的添加剂也可选自氟代碳酸乙烯酯(FEC)、γ-丁内酯(GBL)等，具体添加的添加剂及添加剂含量视实际需要调节。正/负极中除活性材料外还混有导电剂及粘结剂。而具体如何选择，则需要综合考虑电池性能、成本、使用场景以及实际需要等。
实施例1-8及对比例1的锂离子电池在-20℃下充放电测试结果见表1。
表1：
实施例2的锂离子电池在不同温度下的充放电测试结果见表2。
表2：
实施例6和对比例2制成的锂离子电池阻抗图谱拟合结果见表3。
表3：
注：Rs表示接触阻抗，RSEI表示SEI膜阻抗，Rct表示电荷转移阻抗，Zw表示扩散阻抗。数据拟合误差控制在25％以内。
为了考察不同电解液的相对阻抗大小，在扣式电池装配过程中并未加入含有活性材料的极片，而是使用不锈钢钢片作为工作电极，因此所测阻抗值是针对不同电解液而言的，与活性物质无关。由表3可知，所有的阻抗值都随温度的降低而增大，这表明低温环境下电极材料动力学过程缓慢且电池内阻较大。
其中，接触阻抗在不同温度下的相对大小接近，说明温度对不同电解液的相对接触阻抗影响较小；SEI膜阻抗的差异可归结于钢片个体之间的差异；电荷转移阻抗和扩散阻抗在-40℃下数值较大，说明低温环境对电解液的电荷转移阻抗以及扩散阻抗影响较大，但实施例6的阻抗值远小于对比例2的阻抗值，这表明本发明中实施例所用电解液适合低温。
结果表明，本发明中选用的低温型电解液比常温型电解液在低温下的内阻小，且三联吡啶基多向多羧酸化合物与多种低温型电解液适配性好，在不同温度下均能表现出较好的容量性能及循环性能，有较好的应用前景。
Claims (10)
1.一种三联吡啶基多向多羧酸化合物的应用，其特征在于，将三联吡啶基多向多羧酸化合物作为负极活性材料应用于低温锂离子电池的负极中。
2.根据权利要求1所述的三联吡啶基多向多羧酸化合物的应用，其特征在于，三联吡啶基多向多羧酸化合物与金属离子配位，其中，金属离子选自过渡金属。
3.根据权利要求1所述的三联吡啶基多向多羧酸化合物的应用，其特征在于，应用的温度条件为15℃及15℃以下。
4.一种低温锂离子电池，包括含正极活性材料的正极、含负极活性材料的负极，介于正负极间的隔膜以及低温型电解液，其特征在于，负极采用三联吡啶基多向多羧酸化合物作为负极活性材料。
5.根据权利要求4所述的一种低温锂离子电池，其特征在于，所述隔膜为聚乙烯微孔膜、聚丙烯微孔膜等，其作用是在正极和负极间形成物理绝缘，
所述正/负极中除活性电极材料外，还加入导电剂和粘结剂。
6.根据权利要求4所述的一种低温锂离子电池，其特征在于，所述正极活性材料选自具有六方层状晶体结构的锂化过渡金属氧化物、具有立方尖晶石晶体结构的锂化过渡金属氧化物以及具有正交橄榄石晶体结构的锂化过渡金属磷酸盐的一种或者多种形成的复合物。
7.根据权利要求4所述的一种低温锂离子电池，其特征在于，所述低温型电解液由非水有机溶剂、锂盐和添加剂构成。
8.根据权利要求7所述的一种低温锂离子电池，其特征在于，电解液中非水有机溶剂选自碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸甲乙酯(EMC)中的一种或多种。
9.根据权利要求7所述的一种低温锂离子电池，其特征在于，电解液中添加剂选自γ-丁内酯(GBL)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、碳酸亚乙烯酯(VC)的一种或多种，其中，添加剂质量占电解液总质量的0.01～8％。
10.根据权利要求7所述的一种低温锂离子电池，其特征在于，电解液中锂盐选自六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、二氟草酸硼酸锂(LiODFB)中的一种或多种，其中，锂盐的浓度为0.8～1.5mol/L。
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| CN108155416A (zh) * | 2017-12-25 | 2018-06-12 | 青海民族大学 | 一种低温高电压锂离子电池电解液 |
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| CN108155416A (zh) * | 2017-12-25 | 2018-06-12 | 青海民族大学 | 一种低温高电压锂离子电池电解液 |
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