CN117543081A - 一种新型高熵电解液、制备方法及其锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种新型高熵电解液的制备方法，具体包括如下步骤：步骤一、将1‑3种锂盐、2‑4种配体按照一定质量分数混合，得到混合物；步骤二、将混合物在一定温度下搅拌至澄清透明液体；步骤三、冷却至室温，得到澄清透明的电解液；步骤一‑步骤二需在氩气环境中进行，水含量和氧含量均在0.2ppm以下；在所述步骤一中的混合物中还添加有一定质量分数的稀释剂，稀释剂具有1‑2种。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池领域，尤其涉及一种新型高熵电解液、制备方法及其锂离子电池。
背景技术
随着能源革命的高涨，二次电池作为新型储能方式受到人们的广泛关注锂离子电池是现如今最为成功的商业化二次电池技术,它有着高实际能量密度、长循环寿命等优势，因此受到了大家广泛的关注。
电解液是锂离子电池中的重要组成部分，对电池的容量、寿命、温度适用范围以及安全性等具有决定性作用。快速充电、高低温充放电等是锂离子电池商业应用中备受关注的技术之一,但鲜有一种电解液能同时满足快充所需的高离子电导率和良好钝化能力，因此，随着对电池性能要求的提高，电解液的优化作为提升电池性能的有力手段受到广泛关注。
高熵电解液有着高的热稳定性，高安全性，且可以将无法在传统电解液中使用的材料引入新型共晶电解液体系中，由于其含有主成分较多，因此锂离子溶剂化结构得到了显著优化，锂离子可以顺利地脱去溶剂化结构进入正极或者负极，大大提升了电池的各方面性能。但高熵电解液也存在着锂盐浓度过高、电解液黏度过大等诸多问题，在实际应用时受到一定的阻碍。
稀释剂再加入电解液之后不会破坏锂盐的溶剂化结构，因此不会增加锂盐去溶剂化阻力，同时稀释剂的引入可以降低锂盐浓度、提升电解液浸润性能、降低电解液黏度，从而提升电解液在电池中的性能表现，具备良好的商业化应用前景。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种新型高熵电解液、制备方法及其锂离子电池，在发明的新型高熵电解液中添加有稀释剂，本发明的电解液倍率性能优异，提高了锂电池性能效率。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种新型高熵电解液的制备方法，具体为将1-3种锂盐、2-4种配体和1-2种稀释剂按照一定质量分数混合，随后通过磁力搅拌器在一定温度下搅拌至澄清透明液体，然后冷却至室温，得到澄清透明的电解液。该步骤在充满氩气的手套箱进行，水含量和氧含量均在0.2ppm以下,防止电极氧化。
优选地所述锂盐由六氟磷酸锂、硝酸锂、高氯酸锂、氯化锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂的1-3种组成。
优选地，所述的配体由丙烯基-1,3-磺酸内酯、甲磺酸异丙酯、1,4-丁磺酸内酯、苯基甲基甲酮、苯基乙基酮、苯甲酮、环己基苯基酮、正丁苯酮、邻甲基苯乙酮、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸丙酯、乙酸丁酯中2-4种组成。
优选地，所述的稀释剂由由氟苯、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚、2,2,2-三氟乙醚、八氟戊基-四氟乙基醚、磷酸三甲酯中1-2种组成。
优选地，所述锂盐、配体和稀释剂的质量分数分别为：
锂盐1：0％-15％；
锂盐2：0％-15％；
锂盐3：0％-15％；
配体1：0％-35％；
配体2：0％-35％；
配体3：0％-35％；
配体4：0％-35％；
稀释剂1：0％-20％；
稀释剂2：0％-20％；
所述锂盐1、锂盐2以及锂盐3的质量分数不全为0，配体1、配体2、配体3以及配体4的质量分数不全为0，稀释剂1和稀释剂2的质量分数不全为0。
优选地，步骤二中的温度为40℃-80℃。
本发明还提供了一种锂离子电池，包括电解液、正极、负极、隔膜，所述电解液采用上述新型高熵电解液的制备方法制备而成。
优选地，所述正极采用磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、锰酸锂、钴酸锂、镍锰酸锂、镍钴锰三元材料中的一种或多种制成。
优选地，所述负极采用金属锂、石墨、硅负极、硅碳负极、氧化亚硅和钛酸锂中的一种或多种制成。
优选地，所述隔膜采用聚乙烯、聚丙烯、PP/PE/PP三层复合膜、玻璃纤维隔膜中的一种制成。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)本发明中的电解液中添加有稀释剂，稀释剂使电解液的黏度降低，有利于电解液容量的发挥；同时添加稀释剂后的电解液倍率性能优异，很好地解决电解液效率低，性能不够优越的问题；
2)本发明的新型高熵电解液，相对于传统电解液来说既有高效的锂离子转移能力，又有不同类型稀释剂的选择空间(高温型稀释剂、低温型稀释剂等)，有效解决了锂离子电池存在低温放电容量低、高温安全性差等缺点，同时由于电解液体系呈现明显多元化，因此该体系电解液具备更强的可设计性，能够与多种电极有较好的相容性，可以更好地适应多种电池体系；
3)该电解液体系的合成方法简单，适合大规模应用。
附图说明
图1为实验例一、实验例二和对比样的倍率性能图。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
实施例一
一种新型高熵电解液的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤一、将1-3种锂盐、2-4种配体和1-2种稀释剂按照一定质量分数混合，锂盐与配体在混合后产生分子间作用力；
步骤二、通过磁力搅拌器在一定温度下搅拌至澄清透明液体；
步骤三、冷却至室温，得到澄清透明的电解液。
步骤一-步骤三需在充满氩气的手套箱中进行，水含量和氧含量均在0.2ppm以下。在具体操作中，需要先将手套箱通入氩气一段时间，减少手套箱中空气的水含量和氧含量，进而减少水和氧气对电池电极的氧化以及防止锂盐吸水，影响电解液性能。
步骤二中的搅拌温度为40℃-80℃。
所述锂盐由六氟磷酸锂、硝酸锂、高氯酸锂、氯化锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂中的1-3种组成。
所述配体由丙烯基-1,3-磺酸内酯、甲磺酸异丙酯、1,4-丁磺酸内酯、苯基甲基甲酮、苯基乙基酮、苯甲酮、环己基苯基酮、正丁苯酮、邻甲基苯乙酮、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸丙酯、乙酸丁酯中2-4种组成。
所述稀释剂由氟苯、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚、2,2,2-三氟乙醚、八氟戊基-四氟乙基醚、磷酸三甲酯中1-2种组成。
所述1-3种锂盐、2-4种配体和1-2种稀释剂的质量分数分别为：
锂盐1：0％-15％；
锂盐2：0％-15％；
锂盐3：0％-15％；
配体1：0％-35％；
配体2：0％-35％；
配体3：0％-35％；
配体4：0％-35％；
稀释剂1：0％-20％；
稀释剂2：0％-20％。
所述锂盐1、锂盐2以及锂盐3的质量分数不全为0，配体1、配体2、配体3以及配体4的质量分数不全为0，稀释剂1和稀释剂2的质量分数不全为0。
实施例二
该实施例为一种锂离子电池，包括电解液、正极、负极、隔膜，所述电解液采用实施例一中的新型高熵电解液的制备方法制备而成。
所述正极采用磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、锰酸锂、钴酸锂、镍锰酸锂、镍钴锰三元材料中的一种或多种制成。
所述负极采用金属锂、石墨、硅负极、硅碳负极、氧化亚硅和钛酸锂中的一种或多种制成。
所述隔膜采用聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、PP/PE/PP三层复合膜、玻璃纤维隔膜(GF/A、GF/F、GF/D)中的一种制成。
实验例一
将双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、六氟磷酸锂、对三氟甲基腈、N-甲基乙酰胺和磷酸三甲酯分别以6％、6％、7％、35％、30％、16％的质量分数混合，随后通过磁力搅拌器在60℃下搅拌至澄清透明液体，然后冷却至室温，得到新型高熵电解液。将得到的该电解液用于以金属锂为负极、三元镍9系为正极的锂电池中并进行全电池测试。
实验例二
将硝酸锂、双氟磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂、丁二腈、苯甲砜和磷酸三乙酯分别以5％、7％、8％、30％、30％、20％的质量分数混合，随后通过磁力搅拌器在60℃下搅拌至澄清透明液体，然后冷却至室温，得到新型高熵电解液，将得到的该电解液用于以金属锂为负极、三元镍9系为正极的锂电池中并进行全电池测试。
参见表1，实验例一、实验例二与未加稀释剂的对比样高熵电解液黏度对比，对比可知，加入稀释剂后电解液黏度大幅下降，更有利于电池容量发挥。
表1实验例一、实验例二以及对比样的黏度对比表
| 电解液 | 实验例一 | 实验例二 | 对比样 |
| 黏度(mPa s) | 36.8 | 25.9 | 137.3 |
参见图1，实验例一和实验例二的倍率性能都明显优于对比样，这是因为电解液体系中稀释剂的存在，稀释剂能够使电解液的黏度降低，有利于电解液容量的发挥，且实验例一的倍率性能最佳，这和黏度数据保持一致，证明了本专利中提出的新型共晶高熵电解液的技术优越性。
其中对比样的电解液除了没有添加稀释剂，其它与实验例一相同。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (10)
1.一种新型高熵电解液的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤一、将1-3种锂盐、2-4种配体按照一定质量分数混合，得到混合物；
步骤二、将混合物在一定温度下搅拌至澄清透明液体；
步骤三、冷却至室温，得到澄清透明的电解液；
步骤一-步骤二需在氩气环境中进行，水含量和氧含量均在0.2ppm以下；
其特征在于，
在所述步骤一中的混合物中还添加有一定质量分数的稀释剂，稀释剂具有1-2种。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锂盐由六氟磷酸锂、硝酸锂、高氯酸锂、氯化锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂中的1-3种组成。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述配体由丙烯基-1,3-磺酸内酯、甲磺酸异丙酯、1,4-丁磺酸内酯、苯基甲基甲酮、苯基乙基酮、苯甲酮、环己基苯基酮、正丁苯酮、邻甲基苯乙酮、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸丙酯、乙酸丁酯中2-4组成。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述稀释剂由氟苯、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚、2,2,2-三氟乙醚、八氟戊基-四氟乙基醚、磷酸三甲酯中1-2种组成。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锂盐、配体和稀释剂的质量分数分别为：
锂盐1：0％-15％；
锂盐2：0％-15％；
锂盐3：0％-15％；
配体1：0％-35％；
配体2：0％-35％；
配体3：0％-35％；
配体4：0％-35％；
稀释剂1：0％-20％；
稀释剂2：0％-20％；
所述锂盐1、锂盐2以及锂盐3的质量分数不全为0，配体1、配体2、配体3以及配体4的质量分数不全为0，稀释剂1和稀释剂2的质量分数不全为0。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤二中的温度为40℃-80℃。
7.一种新型高熵电解液，其特征在于，采用权利要求1-6任一项所述的制备方法制备。
8.一种锂离子电池，包括电解液、正极、负极、隔膜，其特征在于，所述电解液采用权利要求7中的新型高熵电解液。
9.根据权利要8所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极采用磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、锰酸锂、钴酸锂、镍锰酸锂、镍钴锰三元材料中的一种或多种制成；和/或，所述负极采用金属锂、石墨、硅负极、硅碳负极、氧化亚硅和钛酸锂中的一种或多种制成。
10.根据权利要求8所述的锂离子电池，其特征在于，所述隔膜采用聚乙烯、聚丙烯、PP/PE/PP三层复合膜、玻璃纤维隔膜中的一种制成。
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| CN114361583A (zh) * | 2021-12-23 | 2022-04-15 | 清华大学 | 锂离子电池电解液、其制备方法及锂离子电池 |
| CN116646606A (zh) * | 2023-07-13 | 2023-08-25 | 常州千沐新能源有限公司 | 一种采用磺酸脂基深共晶溶剂的电解液、制备方法以及锂离子电池 |
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