CN117936909A - 一种快充、低温电解液及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种快充、低温电解液及其制备方法和应用，所述低温电解液包括锂盐和环状醚类溶剂；所述低温电解液中，所述锂盐的浓度为0.3～6mol/L，以所述锂盐中的锂元素的摩尔量计。本申请的有益效果是充分考虑了醚类溶剂具有低熔点、低粘度和溶解性强的优点，通过选择合适的锂盐，发挥环状醚类溶剂电子结构比较分散和环状醚类溶剂分子与阳离子(锂离子)具有较低的结合能的特点，从而提高电池快速充电能力和低温性能。
Description
技术领域
本申请涉及一种锂离子电池领域，且特别涉及一种快充、低温电解液及其制备方法和应用。
背景技术
随着电动汽车的推广应用，高能量动力锂离子电池的发展非常迅速，但依然面临诸多问题。其一，目前使用石墨作为负极的锂离子电池无法达到15分钟充电80％的快充标准，其二，当温度低于0℃时，锂离子电池的能量和功率密度损失严重，限制了其在极地和亚极地便携式电子产品和电动汽车上的应用。
在众多影响电池快充能力和低温性能的因素中，电极/电解液界面过程十分重要，它不仅仅决定了电池的倍率和循环性能，还同样决定了工作电压、工作温度范围以及安全性能。实际上，电极/电解液界面过程包括离子脱溶剂化以及离子在SEI中的传输两个关键步骤，它们都受电解液溶剂化配位结构和能量的影响，对电极材料的倍率性能和低温性能至关重要。因此，实现电极/电解液的界面化学调控是提升锂离子电池性能的关键。而常规的酯基电解液(RCE)不仅无法实现令人满意的快充性能，而且在低温时普遍观测到负极表面沉积了锂金属，导致电池的安全性降低。使用常规醚类电解液时，通常生成的SEI膜不够稳定，导致库伦效率低，并且溶剂分子会随同锂离子共同嵌入石墨的层间，破坏石墨的层状结构。开发一种兼具良好的快充能力、优异的循环性能以及良好的安全性的电解液极为重要。
发明内容
本申请的目的在于提供一种兼具良好的快充能力、优异的循环性能以及良好的低温性能的锂离子电池电解液，此电解液解决了锂离子电池低温性能较差以及快速充电的问题，提高电解液对极片的浸润性能，降低电池的内阻，减小其在充放电过程中的电极极化，显著提高低温充放电性能及改善电池快速充电的循环性能。
根据本申请的一个方面，提供一种低温电解液，所述低温电解液包括锂盐和环状醚类溶剂；
所述低温电解液中，所述锂盐的浓度为0.3～6mol/L，以所述锂盐中的锂元素的摩尔量计。
可选地，所述低温电解液中，所述锂盐的浓度为0.3mol/L、0.5mol/L、1.0mol/L、1.5mol/L、2.0mol/L、2.5mol/L、3.0mol/L、3.5mol/L、4.0mol/L、4.5mol/L、5.0mol/L、5.5mol/L、6.0mol/L中的任意值或任意两者之间的范围值。
所述锂盐选自双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双(五氟乙基磺酰基)亚氨基锂、双氟磺酰亚胺锂、双草酸硼酸锂、醋酸锂、三氟醋酸锂、氟烷基磷酸锂、六氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、六氟合砷酸锂、氟化锂中的至少一种。
所述环状醚类溶剂选自四氢呋喃、2氯四氢呋喃、3溴四氢呋喃、3氯四氢呋喃、2甲基四氢呋喃、3羟基四氢呋喃、3四氢呋喃甲醇、3四氢呋喃甲酸、2氯甲基四氢呋喃、八氟代四氢呋喃、3，3，4，4-四氟四氢呋喃、2，5-二氢呋喃、2，3-二氢呋喃中的至少一种。
所述低温电解液的工作温度为-40～40℃。
根据本申请的另一个方面，提供一种上述的低温电解液的制备方法，将含有锂盐的原料与环状醚类溶剂混合，得到所述低温电解液。
根据本申请的另一个方面，提供一种上述的低温电解液或上述的制备方法制备的低温电解液的应用，用于锂离子电池。
所述锂离子电池的工作温度为-40～40℃。
与现有技术相比，本申请的有益效果是充分考虑了醚类溶剂具有低熔点、低粘度和溶解性强的优点，通过选择合适的锂盐，发挥环状醚类溶剂电子结构比较分散和环状醚类溶剂分子与阳离子(锂离子)具有较低的结合能的特点，从而提高电池快速充电能力和低温性能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例1(a)与对比例(b)的电解液与隔膜接触角测试。
图2为本申请实施例1与对比例的倍率性能图。
图3为本申请实施例1与对比例的循环性能图。
图4为本申请实施例2的循环性能图。
图5为本申请实施例3的循环性能图。
图6为本申请实施例1(a)与对比例(b)的低温性能图。
具体实施方式
下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。
如无特别说明，本申请的实施例中的原料均通过商业途径购买。
实施例1
在充满氩气的手套箱(H2O≤0.01ppm，O2≤0.01ppm)中，将0.1871g的双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)溶解在1ml的四氢呋喃中，搅拌20min，得到锂盐浓度为1mol/L的锂离子电池电解液。
图1为本申请实施例1(a)与对比例(b)的电解液与隔膜接触角测试。
图2为本申请实施例1与对比例的倍率性能图。
实施例2
在充满氩气的手套箱(H2O≤0.01ppm，O2≤0.01ppm)中，将0.5612g的双氟磺酰亚胺锂溶解在1ml的四氢呋喃中，搅拌20min，得到锂盐浓度为3mol/L的锂离子电池电解液。
图4为本申请实施例2的循环性能图。
实施例3
在充满氩气的手套箱(H2O≤0.01ppm，O2≤0.01ppm)中，将0.2871g的双三氟甲磺酰亚胺锂(LiTFSI)溶解在1ml的四氢呋喃中，搅拌20min，得到锂盐浓度为1mol/L的锂离子电池电解液。
图5为本申请实施例3的循环性能图。
图6为本申请实施例1(a)与对比例(b)的低温性能图。
对比例1
在充满氩气的手套箱(H2O≤0.01ppm，O2≤0.01ppm)中，将0.1871g的双氟磺酰亚胺锂溶解在1ml EC/DEC(1:1体积比)中，搅拌20min，得到锂盐浓度为1mol/L的锂离子电池电解液。
图3为本申请实施例1与对比例的循环性能图。
实施例1与对比例的接触角测定如图1所示，实施例1的接触角小于对比例，表明四氢呋喃比酯基电解液具有更好地浸润性。
采用实施例与对比例制备的电解液制备成锂||石墨扣式电池。
锂||石墨扣式电池的组装过程按照正极壳，电解液，石墨极片，电解液，隔膜，电解液，金属锂片，垫片，负极壳的顺序依次进行，电池完成后封装，室温下静置6小时后进行电化学性能测试。
其中，石墨极片的制备方法是将石墨、导电剂Super P、羧甲基纤维素按照质量比80:10:10均匀分散在去离子水中，制成负极浆料；将分散好的负极浆料涂敷在厚度为12μm的铜箔上，置于80℃鼓风烘箱中烘干，模切成直径为12mm的石墨极片。
对实施例1与对比例制备的电解液制备成的锂||石墨扣式电池进行倍率性能测试，测试结果如图2所示，实施例1室温10C的快速充放电速率下，放电比容量仍高达113mAhg-1，而对比例仅为25mAhg-1。
对实施例1与对比例制备的电解液制备成的锂||石墨扣式电池进行循环性能测试，测试结果如图3所示，实施例1室温3C循环500圈后放电比容量高达233mAhg-1，容量保持率为86％。
对实施例2制备的电解液制备成的锂||石墨扣式电池进行循环性能测试，测试结果如图4所示，实施例2室温3C循环1000圈后放电比容量高达276.9mAhg-1，容量保持率为92％。
对实施例3制备的电解液制备成的锂||石墨扣式电池行循环性能测试，测试结果如图5所示，实施例3室温3C循环300圈后放电比容量为160.6mAhg-1，容量保持率为85％。
对实施例1与对比例制备的电解液制备成的锂||石墨扣式电池进行低温性能测试，测试结果如图6所示，实施例1低温性能远远优于对比例。
以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。
Claims (7)
1.一种低温电解液，其特征在于，
所述低温电解液包括锂盐和环状醚类溶剂；
所述低温电解液中，所述锂盐的浓度为0.3～6mol/L，以所述锂盐中的锂元素的摩尔量计。
2.根据权利要求1所述的低温电解液，其特征在于，
所述锂盐选自双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双(五氟乙基磺酰基)亚氨基锂、双氟磺酰亚胺锂、双草酸硼酸锂、醋酸锂、三氟醋酸锂、氟烷基磷酸锂、六氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、六氟合砷酸锂、氟化锂中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的低温电解液，其特征在于，
所述环状醚类溶剂选自四氢呋喃、2氯四氢呋喃、3溴四氢呋喃、3氯四氢呋喃、2甲基四氢呋喃、3羟基四氢呋喃、3四氢呋喃甲醇、3四氢呋喃甲酸、2氯甲基四氢呋喃、八氟代四氢呋喃、3，3，4，4-四氟四氢呋喃、2，5-二氢呋喃、2，3-二氢呋喃中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的低温电解液，其特征在于，
所述低温电解液的工作温度为-40～40℃。
5.一种权利要求1～4任一项所述的低温电解液的制备方法，其特征在于，
将含有锂盐的原料与环状醚类溶剂混合，得到所述低温电解液。
6.一种权利要求1～4任一项所述的低温电解液或权利要求5所述的制备方法制备的低温电解液的应用，其特征在于，
用于锂离子电池。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，
所述锂离子电池的工作温度为-40～40℃。
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211300542.1A Pending CN117936909A (zh) | 2022-10-24 | 2022-10-24 | 一种快充、低温电解液及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117936909A (zh) |
-
2022
- 2022-10-24 CN CN202211300542.1A patent/CN117936909A/zh active Pending
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