CN115275356A - 一种耐高低温电解液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐高低温电解液及其制备方法，属于锂离子电池技术领域。所述耐高低温电解液由下述重量份的原料组成，非水有机溶剂60～80份、锂盐10～20份、离子液体1～10份、添加剂1～10份，所述非水有机溶剂由碳酸酯类溶剂和氟代醚类溶剂组成。本发明通过有机溶剂、锂盐、离子液体及添加剂之间的协同作用，有效地改善电解液离子导电率，提高锂离子电池的高低温性能及锂离子电池的安全性能。

Description

一种耐高低温电解液及其制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种耐高低温电解液及其制备方法。
背景技术
锂离子电池因其高比能、长使用寿命、无记忆效应以及绿色环保的优点，在手机、无人机、储能、电动汽车领域被广泛应用。随着锂离子电池市场不断地拓展，人们对电池性能的期望越来越高。在一些重要领域，要求锂离子电池须兼顾高低温性能，从材料优化而言，优化电解液也是一种非常有效的途径。目前常规的电池电解液在高温循环保持率可以达到要求，但是阻抗增长明显不足，这将严重影响电池的使用，尤其是在高镍体系上，而在低温条件下，放电容量降低非常明显，而且基本只能进行低倍率充放电，限制了锂离子电池在低温下的使用。因此，需要进一步对锂离子电池电解液进行优化以满足现阶段电池高低温性能的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐高低温电解液及其制备方法，旨在提高电解液离子导电率，改善锂离子电池的高低温性能及提高锂离子电池的安全性能，从而解决了上述背景技术中提出的问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种耐高低温电解液，由下述重量份的原料组成，非水有机溶剂60～80份、锂盐10～20份、离子液体1～10份、添加剂1～10份，所述非水有机溶剂由碳酸酯类溶剂和氟代醚类溶剂组成。
进一步地，所述碳酸酯类溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸丙烯酯中的一种或多种；所述氟代醚类溶剂为1,1,2,2－四氟乙基－2,2,3,3－四氟丙基醚、1,1,2,2－四氟乙基－2,2,2－三氟乙醚和1,1,1,3,3,3－六氟异丙基甲基醚中一种或多种。
进一步地，所述碳酸酯类溶剂和氟代醚类溶剂的质量比为5～20：1。
进一步地，所述锂盐为六氟磷酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂、二草酸硼酸锂和草酸二氟硼酸锂中一种或多种。
进一步地，所述离子液体为1－甲基－3－乙氰咪唑双氟三甲基磺酰亚胺、1－甲基－3－乙氰咪唑四氟硼酸和1－甲基－3－乙氰咪唑六氟磷酸中的一种或多种。
进一步地，所述添加剂为碳酸亚乙烯酯、1,3－丙烷磺酸内酯、三(三甲基硅烷)硼酸酯及磷腈中的一种或多种。
所述的耐高低温电解液的制备方法，包括以下步骤：按质量比为3：10：1：1～2取碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯和1,1,2,2－四氟乙基－2,2,3,3－四氟丙基醚混合制成混合有机溶剂，再向制备好的混合有机溶剂中加入六氟磷酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂和1－甲基－3－乙氰咪唑双氟三甲基磺酰亚胺，随后逐步加入碳酸亚乙烯酯、1,3－丙烷磺酸内酯、三(三甲基硅烷)硼酸酯以及磷腈，摇匀后静置24h，即可得到所需耐高低温电解液。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.本发明创新在于在传统碳酸酯溶剂中添加氟代醚类溶剂，改善因离子液体引入导致电解液粘度增加的问题，进一步提高电解液与隔膜之间的浸润性，有利于锂离子电池低温性能，同时所引入的离子液体带正电，可与锂盐阴离子作用，从而促进锂离子从锂盐中解离，提高离子迁移数及离子导电率，此外氰基具有较强吸电子能力，进一步促进锂盐解离，提高离子迁移数及离子导电率，同时提高电化学窗口及改善与电极界面兼容性。
2.本发明的碳酸亚乙烯酯优先在负极表面形成稳定的SEI膜，提高电池高低温循环性能，同时与氟代醚协同作用，提高电解液氧化性和电池循环稳定性；三(三甲基硅烷)硼酸酯可进一步在负极形成稳定的SEI膜，降低界面阻抗，有利于锂离子迁移，同时有利于六氟磷酸锂的解离，提高电池低温性能，而且在高温下可抑制电池产气；磷腈添加剂的加入既提高电解液高温循环性能，也可提高锂离子电池的安全性能。
3.本发明通过有机溶剂、锂盐、离子液体及添加剂之间的协同作用，有效地改善电解液离子导电率，提高锂离子电池的高低温性能及锂离子电池的安全性能。
附图说明
图1为分别对实施例2和对比例1提供的电解液制得的电池做高温循环试验所得循环性能曲线图；
图2为分别对实施例2和对比例1提供的电解液制得的电池做低温循环试验所得循环性能曲线图；
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
因此，以下提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供了一种耐高低温电解液，该耐高低温电解液制备如下，按质量比为3：10：1：2取碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯和1,1,2,2－四氟乙基－2,2,3,3－四氟丙基醚混合制成混合有机溶剂79份，再向制备好的混合有机溶剂中加入10份的六氟磷酸锂、5份双三氟甲烷磺酰亚胺锂及1份1－甲基－3－乙氰咪唑双氟三甲基磺酰亚胺，随后逐步加入2份碳酸亚乙烯酯、0.5份1,3－丙烷磺酸内酯、0.5份三(三甲基硅烷)硼酸酯和2份磷腈，摇匀后静置24h，即可得到所需耐高低温电解液。
实施例2：
按质量比3：10：1：2取碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯和1,1,2,2－四氟乙基－2,2,3,3－四氟丙基醚混合制成混合有机溶剂77份，再向制备好的混合有机溶剂中加入10份的六氟磷酸锂、5份双三氟甲烷磺酰亚胺锂及3份1－甲基－3－乙氰咪唑双氟三甲基磺酰亚胺，随后逐步加入2份碳酸亚乙烯酯、0.5份1,3－丙烷磺酸内酯、0.5份三(三甲基硅烷)硼酸酯和2份磷腈，摇匀后静置24h，即可得到所需耐高低温电解液。
实施例3：
按质量比为3：10：1：2取碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯和1,1,2,2－四氟乙基－2,2,3,3－四氟丙基醚混合制备成混合有机溶剂75份，再向制备好的混合有机溶剂中加入10份的六氟磷酸锂、5份双三氟甲烷磺酰亚胺锂及5份1－甲基－3－乙氰咪唑双氟三甲基磺酰亚胺，随后逐步加入2份碳酸亚乙烯酯、0.5份1,3－丙烷磺酸内酯、0.5份三(三甲基硅烷)硼酸酯和2份磷腈，摇匀后静置24h，即可得到所需耐高低温电解液。
实施例4：
按质量比为3：10：1：1取碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯和1,1,2,2－四氟乙基－2,2,3,3－四氟丙基醚混合制备成混合有机溶剂77份，再向制备好的混合有机溶剂中加入10份的六氟磷酸锂、5份双三氟甲烷磺酰亚胺锂及3份1－甲基－3－乙氰咪唑双氟三甲基磺酰亚胺，随后逐步加入2份碳酸亚乙烯酯、0.5份1,3－丙烷磺酸内酯、0.5份三(三甲基硅烷)硼酸酯和2份磷腈，摇匀后静置24h，即可得到所需耐高低温电解液。
实施例5：
按质量比为3：10：1：1取碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯和1,1,2,2－四氟乙基－2,2,3,3－四氟丙基醚混合制备成混合有机溶剂75份，再向制备好的混合有机溶剂中加入10份的六氟磷酸锂、5份双三氟甲烷磺酰亚胺锂及5份1－甲基－3－乙氰咪唑双氟三甲基磺酰亚胺，随后逐步加入2份碳酸亚乙烯酯、0.5份1,3－丙烷磺酸内酯、0.5份三(三甲基硅烷)硼酸酯和2份磷腈，摇匀后静置24h，即可得到所需耐高低温电解液。
对比例1：
按质量比为3：10：1取碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯混合制成混合有机溶剂78份，再向制备好的混合有机溶剂中加入10份的六氟磷酸锂、5份双三氟甲烷磺酰亚胺锂，随后逐步加入2份碳酸亚乙烯酯、0.5份1,3－丙烷磺酸内酯、0.5份三(三甲基硅烷)硼酸酯以及2份磷腈，摇匀后静置24h，即可得到所需耐高低温电解液。
如图1-2所示，图中显示了通过对实施例2和对比例1提供的电解液制得的电池进行高低温循环试验所得的不同循环次数下的容量保持率，(图1为高温循环试验图，图2为低温循环试验图)。
本发明在传统碳酸酯溶剂中添加氟代醚类溶剂，改善因离子液体引入导致电解液粘度增加的问题，进一步提高电解液与隔膜之间的浸润性，有利于锂离子电池低温性能，同时所引入的离子液体带正电，可与锂盐阴离子作用，从而促进锂离子从锂盐中解离，提高离子迁移数及离子导电率，此外氰基具有较强吸电子能力，进一步促进锂盐解离，提高离子迁移数及离子导电率，同时提高电化学窗口及改善与电极界面兼容性。
本发明的碳酸亚乙烯酯优先在负极表面形成稳定的SEI膜，提高电池高低温循环性能，同时与氟代醚协同作用，提高电解液氧化性和电池循环稳定性；三(三甲基硅烷)硼酸酯可进一步在负极形成稳定的SEI膜，降低界面阻抗，有利于锂离子迁移，同时有利于六氟磷酸锂的解离，提高电池低温性能，而且在高温下可抑制电池产气；磷腈添加剂的加入既提高电解液高温循环性能，也可提高锂离子电池的安全性能。
综上，本发明通过有机溶剂、锂盐、离子液体及添加剂之间的协同作用，有效地改善电解液离子导电率，提高锂离子电池的高低温性能及锂离子电池的安全性能。

Claims (7)

1.一种耐高低温电解液，其特征在于，由下述重量份的原料组成，非水有机溶剂60～80份、锂盐10～20份、离子液体1～10份、添加剂1～10份，所述非水有机溶剂由碳酸酯类溶剂和氟代醚类溶剂组成。
2.根据权利要求1所述的一种耐高低温电解液，其特征在于，所述碳酸酯类溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸丙烯酯中的一种或多种；所述氟代醚类溶剂为1,1,2,2－四氟乙基－2,2,3,3－四氟丙基醚、1,1,2,2－四氟乙基－2,2,2－三氟乙醚和1,1,1,3,3,3－六氟异丙基甲基醚中一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种耐高低温电解液，其特征在于，所述碳酸酯类溶剂和氟代醚类溶剂的质量比为5～20：1。
4.根据权利要求1所述的一种耐高低温电解液，其特征在于，所述锂盐为六氟磷酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂、二草酸硼酸锂和草酸二氟硼酸锂中一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种耐高低温电解液，其特征在于，所述离子液体为1－甲基－3－乙氰咪唑双氟三甲基磺酰亚胺、1－甲基－3－乙氰咪唑四氟硼酸和1－甲基－3－乙氰咪唑六氟磷酸中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种耐高低温电解液，其特征在于，所述添加剂为碳酸亚乙烯酯、1,3－丙烷磺酸内酯、三(三甲基硅烷)硼酸酯及磷腈中的一种或多种。
7.一种如权利要求1至6任一项所述的耐高低温电解液的制备方法，其特征在于包括以下步骤：按质量比为3：10：1：1～2取碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯和1,1,2,2－四氟乙基－2,2,3,3－四氟丙基醚混合制成混合有机溶剂，再向制备好的混合有机溶剂中加入六氟磷酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂和1－甲基－3－乙氰咪唑双氟三甲基磺酰亚胺，随后逐步加入碳酸亚乙烯酯、1,3－丙烷磺酸内酯、三(三甲基硅烷)硼酸酯以及磷腈，摇匀后静置24h，即可得到所需耐高低温电解液。
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