CN118057645A - 低温可用的锂离子电池电解液及其制备方法、锂离子电池 - Google Patents
低温可用的锂离子电池电解液及其制备方法、锂离子电池 Download PDFInfo
- Publication number
- CN118057645A CN118057645A CN202211452439.9A CN202211452439A CN118057645A CN 118057645 A CN118057645 A CN 118057645A CN 202211452439 A CN202211452439 A CN 202211452439A CN 118057645 A CN118057645 A CN 118057645A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- lithium ion
- electrolyte
- ion battery
- lithium
- low temperature
- 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 97
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 53
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 53
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 34
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 36
- -1 lithium hexafluorophosphate Chemical compound 0.000 claims abstract description 27
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 claims abstract description 26
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 claims abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 16
- 229920001774 Perfluoroether Polymers 0.000 claims abstract description 7
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 claims abstract description 7
- NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N fluoromethane Chemical compound FC NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 24
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 20
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 14
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 12
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims description 11
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 9
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims description 9
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims description 8
- GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K lithium iron phosphate Chemical compound [Li+].[Fe+2].[O-]P([O-])([O-])=O GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 7
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 7
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 claims description 6
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 claims description 6
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims description 6
- IESBVSNCDNHMSL-UHFFFAOYSA-N 2-[bis(2,2,2-trifluoroethoxy)methoxy]-1,1,1-trifluoroethane Chemical compound FC(F)(F)COC(OCC(F)(F)F)OCC(F)(F)F IESBVSNCDNHMSL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- QSZMZKBZAYQGRS-UHFFFAOYSA-N lithium;bis(trifluoromethylsulfonyl)azanide Chemical class [Li+].FC(F)(F)S(=O)(=O)[N-]S(=O)(=O)C(F)(F)F QSZMZKBZAYQGRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- VMVNZNXAVJHNDJ-UHFFFAOYSA-N methyl 2,2,2-trifluoroacetate Chemical compound COC(=O)C(F)(F)F VMVNZNXAVJHNDJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- XJSRKJAHJGCPGC-UHFFFAOYSA-N 1,1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6-tridecafluorohexane Chemical compound FC(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F XJSRKJAHJGCPGC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- STSCVKRWJPWALQ-UHFFFAOYSA-N TRIFLUOROACETIC ACID ETHYL ESTER Chemical compound CCOC(=O)C(F)(F)F STSCVKRWJPWALQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- HMDDXIMCDZRSNE-UHFFFAOYSA-N [C].[Si] Chemical compound [C].[Si] HMDDXIMCDZRSNE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- KFDQGLPGKXUTMZ-UHFFFAOYSA-N [Mn].[Co].[Ni] Chemical compound [Mn].[Co].[Ni] KFDQGLPGKXUTMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000006183 anode active material Substances 0.000 claims description 3
- 239000005388 borosilicate glass Substances 0.000 claims description 3
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 3
- QHGJSLXSVXVKHZ-UHFFFAOYSA-N dilithium;dioxido(dioxo)manganese Chemical compound [Li+].[Li+].[O-][Mn]([O-])(=O)=O QHGJSLXSVXVKHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- GZKHDVAKKLTJPO-UHFFFAOYSA-N ethyl 2,2-difluoroacetate Chemical compound CCOC(=O)C(F)F GZKHDVAKKLTJPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 3
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims description 3
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 3
- PYLWMHQQBFSUBP-UHFFFAOYSA-N monofluorobenzene Chemical compound FC1=CC=CC=C1 PYLWMHQQBFSUBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 claims description 3
- 229960004624 perflexane Drugs 0.000 claims description 3
- LOQGSOTUHASIHI-UHFFFAOYSA-N perfluoro-1,3-dimethylcyclohexane Chemical compound FC(F)(F)C1(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(C(F)(F)F)C1(F)F LOQGSOTUHASIHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- ZJIJAJXFLBMLCK-UHFFFAOYSA-N perfluorohexane Chemical compound FC(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F ZJIJAJXFLBMLCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 3
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 9
- IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N dimethyl carbonate Chemical compound COC(=O)OC IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 7
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 abstract description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 5
- 238000013508 migration Methods 0.000 abstract description 3
- 230000005012 migration Effects 0.000 abstract description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 32
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 28
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 22
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 17
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 17
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 16
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 16
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 14
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 14
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 14
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 12
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 12
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 11
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 11
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 6
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 5
- 238000004807 desolvation Methods 0.000 description 4
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910003473 lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide Inorganic materials 0.000 description 3
- CSSYKHYGURSRAZ-UHFFFAOYSA-N methyl 2,2-difluoroacetate Chemical compound COC(=O)C(F)F CSSYKHYGURSRAZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910013870 LiPF 6 Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 2
- SOXUFMZTHZXOGC-UHFFFAOYSA-N [Li].[Mn].[Co].[Ni] Chemical compound [Li].[Mn].[Co].[Ni] SOXUFMZTHZXOGC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007767 bonding agent Substances 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 2
- FRMOHNDAXZZWQI-UHFFFAOYSA-N lithium manganese(2+) nickel(2+) oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mn+2].[Ni+2].[Li+] FRMOHNDAXZZWQI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 2
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 239000003759 ester based solvent Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- GQJCAQADCPTHKN-UHFFFAOYSA-N methyl 2,2-difluoro-2-fluorosulfonylacetate Chemical compound COC(=O)C(F)(F)S(F)(=O)=O GQJCAQADCPTHKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 159000000000 sodium salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000007614 solvation Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 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
-
- 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
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- 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
- H01M10/058—Construction or manufacture
-
- 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
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0025—Organic electrolyte
-
- 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)
- Materials Engineering (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
本发明涉及一种低温可用的锂离子电池电解液及其制备方法、锂离子电池。该电解液包括溶剂、可溶锂盐和稀释剂;所述的溶剂包括氟代酸酯,所述的稀释剂包括氟代醚或氟代烃。锂离子电池包括负极片、正极片、隔膜以及低温可用的锂离子电池电解液。与现有技术相比,本发明所得的低温锂离子器件由于使用所述低温电解液,相比六氟磷酸锂与碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯的二元溶剂相溶的商用电解液,具有更高的离子电导率,并且使用低熔点、难溶剂化的氟代醚类稀释剂降低电解液粘度,进一步改善了低温下电解液中离子迁移速率。因此使用本发明所得低温电解液在充放电过程中可显著改善锂离子器件在低温下的放电性能,在温度低至‑40℃时可释放出常温下60%的容量。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域,具体涉及一种低温可用的锂离子电池电解液及其制备方法、锂离子电池。
背景技术
锂离子电池由于具有高能量密度、长循环寿命等诸多优点,成为研究人员的重点关注、研发对象。锂离子电池已经成功商业化并且在便携设备电源、储能电池、动力电池等行业大量应用。随着锂离子电池应用范围的扩大以及在航空航天、高纬度高海拔地区使用,现有的锂离子电池的性能受到了低温的挑战。
锂离子电池的电极材料也会受到温度产生的影响,电解液是决定锂离子电池低温性能的关键因素。改善低温性能,可以从改良电解液的方向进行。由于温度的降低,电解液的粘度上升,阳离子在电解液中扩散能力、电荷转移能力也随之下降。同时电解液也会影响去溶剂化过程的动力学。
而目前常用的碳酸酯电解液溶剂,如碳酸乙烯酯(EC)在常温下是固体,在与线性酯类溶剂搭配后可以维持液态。发明人发现,碳酸酯电解液在零下环境下粘度显著增加,电导率降低,因此无法正常工作,导致锂离子器件性能损失,甚至无法充放电。而碳酸酯类溶剂与锂离子较强的溶剂化作用使得去溶剂化能较高,使得去溶剂化的动力学较差,在较低温度下也无法正常充放电。研发具有低温下可以正常工作的锂离子器件的电解液,与使用该种电解液的锂器件具有重要意义。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷中的至少一个而提供一种在低温下可以正常工作的电解液,提高离子电导率,降低电解液在低温下粘度的低温可用的低温可用的锂离子电池电解液及其制备方法、锂离子电池。克服现有低温储能器件在低温下性能损失严重的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
一种低温可用的锂离子电池电解液,该电解液包括溶剂、可溶锂盐和稀释剂;所述的溶剂包括氟代酸酯,所述的稀释剂包括氟代醚或氟代烃。
进一步地,所述的溶剂与可溶锂盐的摩尔比为(5-20):1;所述的溶剂与稀释剂的摩尔比为1:9~9:1,所述的可溶锂盐在溶剂中的浓度为0.1-2mol·L-1,优选0.5-2mol·L-1。
进一步地,所述的氟代酸酯包括氟磺酰基二氟乙酸甲酯、二氟乙酸甲酯、二氟乙酸乙酯、三氟乙酸甲酯或三氟乙酸乙酯。
进一步地,所述的可溶锂盐包括双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐(LiTFSI)和/或六氟磷酸锂(LiPF6)。
进一步地,所述的稀释剂包括全氟己烷、1H-全氟己烷、全氟-1,3-二甲基环己烷、氟苯等氟代烃类的一种或多种、1H,1H,5H-八氟戊基-1,1,2,2-四氟乙醚、2,2,2-三氟乙基醚、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚或三(三氟乙氧基)甲烷。
一种如上所述低温可用的锂离子电池电解液的制备方法,该方法为:将溶剂、可溶锂盐和稀释剂混合后,搅拌得到低温可用的锂离子电池电解液。
具体而言,电解液的配制方法包括以下步骤:在水分、氧分小于0.01ppm的干燥环境下将上述电解液中组成部分按照如下的加入顺序进行混合并搅拌:
顺序一:溶剂、锂盐、稀释剂
顺序二:溶剂、稀释剂、锂盐
上述顺序中每个组成部分加入后需要搅拌30-240min。
一种锂离子电池,该锂离子电池包括负极片、正极片、隔膜以及如上所述的低温可用的锂离子电池电解液。实现锂离子器件在较低温度下的正常使用,在-40℃温度下仍能保持60%以上的放电容量。
进一步地,所述的负极片包括以下质量分数组分:负极活性物质90-98%、导电剂1-3%、分散剂1-2%、粘结剂1-5%;所述的负极活性物质包括石墨、硅碳或硅。负极片典型配方为:石墨95%、Super P 2%、PVDF 2%、NMP 1%。
进一步地,所述的正极片包括以下质量分数组分:正极活性物质90-97%、导电剂1-2%、分散剂1-2%、粘结剂1-3%;所述的正极活性物质包括钴酸锂、镍锰钴三元材料、镍钴铝三元材料、磷酸铁锂、锰酸锂或碳材料。正极片典型配方为:磷酸铁锂活性物质95%、Super P 2%、PVDF 2%、NMP 1%。
进一步地,所述的隔膜包括聚乙烯(PE)单层隔膜、聚丙烯(PP)单层隔膜、PP/PE/PP三层复合隔膜、硼硅酸玻璃纤维隔膜或陶瓷隔膜。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
(1)本发明通过使用低熔点的溶剂配制的电解液可以保证电解液在低温下不凝固、不析出钠盐,使用稀释剂有助于保持电解液具有较低粘度以及较高的离子电导率,同时其较低的去溶剂化能使得低温环境下具有较好的动力学特征。综合提升所述锂离子器件的低温性能;
(2)本发明所得的低温锂离子器件由于使用所述低温电解液,相比六氟磷酸锂与碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯的二元溶剂相溶的商用电解液,具有更高的离子电导率,并且使用低熔点、难溶剂化的氟代醚类稀释剂降低电解液粘度,进一步改善了低温下电解液中离子迁移速率;
(3)使用本发明所得低温电解液在充放电过程中可显著改善锂离子器件在低温下的放电性能,在温度低至-40℃时可释放出常温下60%的容量,而六氟磷酸锂与碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯的二元溶剂相溶的商用电解液在-40℃时几乎无放电容量。
附图说明
图1为实施例3中锂离子电池的充放电曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
一种锂离子电池,该锂离子电池包括负极片、正极片、隔膜以及低温可用的锂离子电池电解液。
负极片包括以下质量分数组分:负极活性物质90-98%、导电剂1-3%、分散剂1-2%、粘结剂1-5%;所述的负极活性物质包括石墨、硅碳或硅。
正极片包括以下质量分数组分:正极活性物质90-97%、导电剂1-2%、分散剂1-2%、粘结剂1-3%;所述的正极活性物质包括钴酸锂、镍锰钴三元材料、镍钴铝三元材料、磷酸铁锂、碳材料或锰酸锂。
隔膜包括聚乙烯(PE)单层隔膜、聚丙烯(PP)单层隔膜、PP/PE/PP三层复合隔膜、硼硅酸玻璃纤维隔膜或陶瓷隔膜。
电解液包括溶剂、可溶锂盐和稀释剂;所述的溶剂包括氟代酸酯,所述的稀释剂包括氟代醚或氟代烃。溶剂与可溶锂盐的摩尔比为(5-20):1;所述的溶剂与稀释剂的摩尔比为1:9~9:1,所述的可溶锂盐在溶剂中的浓度为0.1-2mol·L-1。氟代酸酯包括氟磺酰基二氟乙酸甲酯、二氟乙酸甲酯、二氟乙酸乙酯、三氟乙酸甲酯或三氟乙酸乙酯。可溶锂盐包括双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐(LiTFSI)和/或六氟磷酸锂(LiPF6)。稀释剂包括全氟己烷、1H-全氟己烷、全氟-1,3-二甲基环己烷、氟苯等氟代烃类的一种或多种、1H,1H,5H-八氟戊基-1,1,2,2-四氟乙醚、2,2,2-三氟乙基醚、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚或三(三氟乙氧基)甲烷。制备方法为:将溶剂、可溶锂盐和稀释剂混合后,搅拌得到低温可用的锂离子电池电解液。
实施例1:电解液1与实验电池1的制备
一种低温电解液具体制备方法如下,在充满氩气的手套箱(水分<0.1ppm,氧分<0.1ppm)中,将溶剂二氟乙酸甲酯、与可溶锂盐双(三氟甲烷磺酰基)亚胺锂盐按重量比100:6.45的比例进行混合并搅拌均匀,待锂盐完全溶解后,加入占电解液总重量53.9%的1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚稀释剂,搅拌均匀后得到电解液1。
正极极片的制备:将磷酸铁锂、导电炭黑、粘结剂按照重量比95:2:3混合,并加入N-甲基吡咯烷酮,放入搅拌机制备浆料,将浆料涂布在9微米厚的铝箔上,干燥后辊压,得到正极极片。
负极极片的制备:使用锂金属作为负极。
实验电池1的制备:在在充满氩气的手套箱(水分<0.1ppm,氧分<0.1ppm)中将上述正极极片、隔膜、负极极片组装为扣式电池,注入上述电解液1,静置12-36h后,经封装、化成、容量等工序,制作成实验电池1。实验电池1在静置后分别在25℃与-40℃进行电化学性能测试,测试方法为:以0.1C倍率进行充放电测试。实验电池1在常温25℃时容量为165mAhg-1,低温下-40℃时容量为108mAh g-1,见表1。
实施例2:实验电池2的制备
本实施例所述电解液与实施例1电解液相同。
正极极片的制备:将石墨、导电炭黑、粘结剂按照重量比95:2:3混合,并加入N-甲基吡咯烷酮,放入搅拌机制备浆料,将浆料涂布在9微米厚的铝箔上,干燥后辊压,得到正极极片。
负极极片的制备:使用锂金属作为负极。
实验电池2的制备:在在充满氩气的手套箱(水分<0.1ppm,氧分<0.1ppm)中将上述正极极片、隔膜、负极极片组装为扣式电池,注入上述电解液1,静置12-36h后,经封装、化成、容量等工序,制作成实验电池2。实验电池2在静置后分别在25℃与-40℃进行电化学性能测试,测试方法为:以0.1C倍率进行充放电测试。实验电池2在常温25℃时容量为340mAhg-1,低温下-40℃时容量为190mAh g-1,见表1。
实施例3:实验电池3的制备
本实施例所述电解液与实施例1电解液相同。
正极极片的制备:将磷酸铁锂、导电炭黑、粘结剂按照重量比95:2:3混合,并加入N-甲基吡咯烷酮,放入搅拌机制备浆料,将浆料涂布在9微米厚的铝箔上,干燥后辊压,得到正极极片。
负极极片的制备:将石墨、导电炭黑、粘结剂按照重量比95:2:3混合,并加入N-甲基吡咯烷酮,放入搅拌机制备浆料,将浆料涂布在9微米厚的铝箔上,干燥后辊压,得到负极极片。
实验电池3的制备:在在充满氩气的手套箱(水分<0.1ppm,氧分<0.1ppm)中将上述正极极片、隔膜、负极极片组装为扣式电池,注入上述电解液1,静置12-36h后,经封装、化成、容量等工序,制作成实验电池3。实验电池3在静置后分别在25℃与-40℃进行电化学性能测试,测试方法为:以0.1C倍率进行充放电测试。实验电池3在常温25℃时容量为148mAhg-1,低温下-40℃时容量为97mAh g-1,见表1,充放电曲线如图1所示。
实施例4:电解液2与实验电池4的制备
一种低温电解液具体制备方法如下,在充满氩气的手套箱(水分<0.1ppm,氧分<0.1ppm)中,将溶剂二氟乙酸甲酯、与可溶锂盐六氟磷酸锂盐按重量比100:3.41的比例进行混合并搅拌均匀,待锂盐完全溶解后,加入占电解液总重量55.5%的1H,1H,5H-八氟戊基1,1,2,2-四氟乙醚稀释剂,搅拌均匀后得到电解液2。
正极极片的制备:将811镍锰钴锂、导电炭黑、粘结剂按照重量比95:2:3混合,并加入N-甲基吡咯烷酮,放入搅拌机制备浆料,将浆料涂布在9微米厚的铝箔上,干燥后辊压,得到正极极片。
负极极片的制备:使用锂金属作为负极。
实验电池4的制备:在在充满氩气的手套箱(水分<0.1ppm,氧分<0.1ppm)中将上述正极极片、隔膜、负极极片组装为扣式电池,注入上述电解液1,静置12-36h后,经封装、化成、容量等工序,制作成实验电池4。实验电池4在静置后分别在25℃与-40℃进行电化学性能测试,测试方法为:以0.1C倍率进行充放电测试。实验电池4在常温25℃时容量为193mAhg-1,低温下-40℃时容量为126mAh g-1,见表1。
实施例5:实验电池5的制备
本实施例所述电解液与实施例4电解液2相同。
正极极片的制备:将811镍锰钴锂、导电炭黑、粘结剂按照重量比95:2:3混合,并加入N-甲基吡咯烷酮,放入搅拌机制备浆料,将浆料涂布在9微米厚的铝箔上,干燥后辊压,得到正极极片。
负极极片的制备:将石墨、导电炭黑、粘结剂按照重量比95:2:3混合,并加入N-甲基吡咯烷酮,放入搅拌机制备浆料,将浆料涂布在9微米厚的铝箔上,干燥后辊压,得到负极极片。
实验电池5的制备:在在充满氩气的手套箱(水分<0.1ppm,氧分<0.1ppm)中将上述正极极片、隔膜、负极极片组装为扣式电池,注入上述电解液2,静置12-36h后,经封装、化成、容量等工序,制作成实验电池5。实验电池5在静置后分别在25℃与-40℃进行电化学性能测试,测试方法为:以0.1C倍率进行充放电测试。实验电池5在常温25℃时容量为164mAhg-1,低温下-40℃时容量为109mAh g-1,见表1。
实施例6:实验电池6的制备
本实施例所述电解液与实施例4电解液2相同。
正极极片的制备:将镍锰酸锂、导电炭黑、粘结剂按照重量比95:2:3混合,并加入N-甲基吡咯烷酮,放入搅拌机制备浆料,将浆料涂布在9微米厚的铝箔上,干燥后辊压,得到正极极片。
负极极片的制备:使用锂金属作为负极。
实验电池6的制备:在在充满氩气的手套箱(水分<0.1ppm,氧分<0.1ppm)中将上述正极极片、隔膜、负极极片组装为扣式电池,注入上述电解液2,静置12-36h后,经封装、化成、容量等工序,制作成实验电池6。实验电池6在静置后分别在25℃与-40℃进行电化学性能测试,测试方法为:以0.1C倍率进行充放电测试。实验电池6在常温25℃时容量为120mAhg-1,低温下-40℃时容量为83mAh g-1,见表1。
实施例7:实验电池7的制备
本实施例所述电解液与实施例4电解液2相同。
正极极片的制备:将镍锰酸锂、导电炭黑、粘结剂按照重量比95:2:3混合,并加入N-甲基吡咯烷酮,放入搅拌机制备浆料,将浆料涂布在9微米厚的铝箔上,干燥后辊压,得到正极极片。
负极极片的制备:将石墨、导电炭黑、粘结剂按照重量比95:2:3混合,并加入N-甲基吡咯烷酮,放入搅拌机制备浆料,将浆料涂布在9微米厚的铝箔上,干燥后辊压,得到负极极片。
实验电池7的制备:在在充满氩气的手套箱(水分<0.1ppm,氧分<0.1ppm)中将上述正极极片、隔膜、负极极片组装为扣式电池,注入上述电解液2,静置12-36h后,经封装、化成、容量等工序,制作成实验电池7。实验电池7在静置后分别在25℃与-40℃进行电化学性能测试,测试方法为:以0.1C倍率进行充放电测试。实验电池7在常温25℃时容量为98mAhg-1,低温下-40℃时容量为71mAh g-1,见表1。
实施例8:电解液3与实验电池8的制备
一种低温电解液具体制备方法如下,在充满氩气的手套箱(水分<0.1ppm,氧分<0.1ppm)中,将溶剂三氟乙酸甲酯、与可溶锂盐六氟磷酸锂盐按重量比100:3.58的比例进行混合并搅拌均匀,待锂盐完全溶解后,加入占电解液总重量53.2%的2,2,2-三氟乙基醚稀释剂,搅拌均匀后得到电解液3。
正极极片的制备:将钴酸锂、导电炭黑、粘结剂按照重量比95:2:3混合,并加入N-甲基吡咯烷酮,放入搅拌机制备浆料,将浆料涂布在9微米厚的铝箔上,干燥后辊压,得到正极极片。
负极极片的制备:使用锂金属作为负极。
实验电池8的制备:在在充满氩气的手套箱(水分<0.1ppm,氧分<0.1ppm)中将上述正极极片、隔膜、负极极片组装为扣式电池,注入上述电解液3,静置12-36h后,经封装、化成、容量等工序,制作成实验电池8。实验电池8在静置后分别在25℃与-40℃进行电化学性能测试,测试方法为:以0.1C倍率进行充放电测试。实验电池8在常温25℃时容量为127mAhg-1,低温下-40℃时容量为89mAh g-1,见表1。
实施例9:实验电池9的制备
本实施例所述电解液与实施例8电解液3相同。
正极极片的制备:将钴酸锂、导电炭黑、粘结剂按照重量比95:2:3混合,并加入N-甲基吡咯烷酮,放入搅拌机制备浆料,将浆料涂布在9微米厚的铝箔上,干燥后辊压,得到正极极片。
负极极片的制备:将石墨、导电炭黑、粘结剂按照重量比95:2:3混合,并加入N-甲基吡咯烷酮,放入搅拌机制备浆料,将浆料涂布在9微米厚的铝箔上,干燥后辊压,得到负极极片。
实验电池9的制备:在在充满氩气的手套箱(水分<0.1ppm,氧分<0.1ppm)中将上述正极极片、隔膜、负极极片组装为扣式电池,注入上述电解液3,静置12-36h后,经封装、化成、容量等工序,制作成实验电池9。实验电池9在静置后分别在25℃与-40℃进行电化学性能测试,测试方法为:以0.1C倍率进行充放电测试。实验电池9在常温25℃时容量为102mAhg-1,低温下-40℃时容量为74mAh g-1,见表1。
实施例10:电解液4与实验电池10的制备
一种低温电解液具体制备方法如下,在充满氩气的手套箱(水分<0.1ppm,氧分<0.1ppm)中,将溶剂氟磺酰基二氟乙酸甲酯、与可溶锂盐双(三氟甲烷磺酰基)亚胺锂盐按重量比100:5.71的比例进行混合并搅拌均匀,待锂盐完全溶解后,加入占电解液总重量45.7%的三(三氟乙氧基)甲烷,搅拌均匀后得到电解液4。
正极极片的制备:将活性炭、导电炭黑、粘结剂PTFE按照重量比95:2:3混合,辊压成薄膜电极作为正极极片。
负极极片的制备:将活性炭、导电炭黑、粘结剂PTFE按照重量比95:2:3混合,辊压成薄膜电极作为负极极片。
实验电池12的制备:在在充满氩气的手套箱(水分<0.1ppm,氧分<0.1ppm)中将上述正极极片、隔膜、负极极片组装为扣式电容器,注入上述电解液4,静置12-36h后,经封装、化成、容量等工序,制作成实验电池12。实验电池12在静置后分别在25℃与-40℃进行电化学性能测试,测试方法为:以0.1C倍率进行充放电测试。实验电池12在常温25℃时容量为48mAh g-1,低温下-40℃时容量为31mAh g-1,见表1。
对比例:六氟磷酸锂与碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯的二元溶剂电解液与对比电池的制备
在充满氩气的手套箱(水分<0.1ppm,氧分<0.1ppm)中,将溶剂碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯以体积比1:1进行混合、加入可溶锂盐六氟磷酸锂锂盐以溶剂、盐质量比100:12.7的比例进行混合并搅拌均匀后得到对比例电解液。
正极极片的制备:将磷酸铁锂、导电炭黑、粘结剂按照重量比95:2:3混合,并加入N-甲基吡咯烷酮,放入搅拌机制备浆料,将浆料涂布在9微米厚的铝箔上,干燥后辊压,得到正极极片。
负极极片的制备:使用锂金属作为负极。
实验电池1的制备:在在充满氩气的手套箱(水分<0.1ppm,氧分<0.1ppm)中将上述正极极片、隔膜、负极极片组装为扣式电池,注入上述对比电解液,静置12-36h后,经封装、化成、容量等工序,制作成对比电池。对比电池在静置后分别在25℃与-40℃进行电化学性能测试,测试方法为:以0.1C倍率进行充放电测试。对比电池在常温25℃时容量为163mAhg-1,低温下-40℃时容量为1mAh g-1。
表1
综上可知,本发明所得的低温锂离子器件由于使用所述低温电解液,相比六氟磷酸锂与碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯的二元溶剂相溶的商用电解液,具有更高的离子电导率,并且使用低熔点、难溶剂化的氟代醚类稀释剂降低电解液粘度,进一步改善了低温下电解液中离子迁移速率。因此使用本发明所得低温电解液在充放电过程中可显著改善锂离子器件在低温下的放电性能,在温度低至-40℃时可释放出常温下60%的容量,而六氟磷酸锂与碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯的二元溶剂相溶的商用电解液在-40℃时几乎无放电容量。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非是对本发明作其它形式的限制,任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型,仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种低温可用的锂离子电池电解液,其特征在于,该电解液包括溶剂、可溶锂盐和稀释剂;所述的溶剂包括氟代酸酯,所述的稀释剂包括氟代醚或氟代烃。
2.根据权利要求1所述的一种低温可用的锂离子电池电解液,其特征在于,所述的溶剂与可溶锂盐的摩尔比为(5-20):1;所述的溶剂与稀释剂的摩尔比为1:9~9:1,所述的可溶锂盐在溶剂中的浓度为0.1-2mol·L-1。
3.根据权利要求1所述的一种低温可用的锂离子电池电解液,其特征在于,所述的氟代酸酯包括氟磺酰基二氟乙酸甲酯、二氟乙酸甲酯、二氟乙酸乙酯、三氟乙酸甲酯或三氟乙酸乙酯。
4.根据权利要求1所述的一种低温可用的锂离子电池电解液,其特征在于,所述的可溶锂盐包括双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐和/或六氟磷酸锂。
5.根据权利要求1所述的一种低温可用的锂离子电池电解液,其特征在于,所述的稀释剂包括全氟己烷、1H-全氟己烷、全氟-1,3-二甲基环己烷、氟苯等氟代烃类的一种或多种、1H,1H,5H-八氟戊基-1,1,2,2-四氟乙醚、2,2,2-三氟乙基醚、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚或三(三氟乙氧基)甲烷。
6.一种如权利要求1-5任一项所述低温可用的锂离子电池电解液的制备方法,其特征在于,该方法为:将溶剂、可溶锂盐和稀释剂混合后,搅拌得到低温可用的锂离子电池电解液。
7.一种锂离子电池,其特征在于,该锂离子电池包括负极片、正极片、隔膜以及如权利要求1-5任一项所述的低温可用的锂离子电池电解液。
8.根据权利要求7所述的一种锂离子电池,其特征在于,所述的负极片包括以下质量分数组分:负极活性物质90-98%、导电剂1-3%、分散剂1-2%、粘结剂1-5%;所述的负极活性物质包括石墨、硅碳或硅。
9.根据权利要求7所述的一种锂离子电池,其特征在于,所述的正极片包括以下质量分数组分:正极活性物质90-97%、导电剂1-2%、分散剂1-2%、粘结剂1-3%;所述的正极活性物质包括钴酸锂、镍锰钴三元材料、镍钴铝三元材料、磷酸铁锂、碳材料或锰酸锂。
10.根据权利要求7所述的一种锂离子电池,其特征在于,所述的隔膜包括聚乙烯单层隔膜、聚丙烯单层隔膜、PP/PE/PP三层复合隔膜、硼硅酸玻璃纤维隔膜或陶瓷隔膜。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202211452439.9A CN118057645A (zh) | 2022-11-21 | 2022-11-21 | 低温可用的锂离子电池电解液及其制备方法、锂离子电池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202211452439.9A CN118057645A (zh) | 2022-11-21 | 2022-11-21 | 低温可用的锂离子电池电解液及其制备方法、锂离子电池 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN118057645A true CN118057645A (zh) | 2024-05-21 |
Family
ID=91068955
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202211452439.9A Pending CN118057645A (zh) | 2022-11-21 | 2022-11-21 | 低温可用的锂离子电池电解液及其制备方法、锂离子电池 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN118057645A (zh) |
-
2022
- 2022-11-21 CN CN202211452439.9A patent/CN118057645A/zh active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101207197B (zh) | 锂离子电池正极材料和含有该材料的正极和锂离子电池 | |
EP4106069A1 (en) | Gel electrolyte precursor and application thereof | |
CN113471442B (zh) | 负极活性材料和使用其的负极极片、电化学装置和电子装置 | |
US9225037B2 (en) | Lithium secondary battery using ionic liquid | |
CN111525190B (zh) | 电解液及锂离子电池 | |
CN109638350B (zh) | 一种对锂稳定的丁二腈基固态电解质、制备方法及其应用 | |
EP4220759A1 (en) | Lithium metal negative electrode plate, electrochemical apparatus, and electronic device | |
CN114245943B (zh) | 二次电池及含有该二次电池的装置 | |
CN114420933B (zh) | 负极、电化学装置和电子装置 | |
CN111834620A (zh) | 一种锂金属电池正极、锂金属电池及其制备方法 | |
US20220302501A1 (en) | Electrolyte and electrochemical apparatus including such electrolyte | |
US20220223915A1 (en) | Electrolyte, electrochemical device including same, and electronic device | |
CN111697267A (zh) | 电解液和包含电解液的电化学装置及电子装置 | |
CN101315975A (zh) | 电池正极和使用该正极的锂离子电池及它们的制备方法 | |
CN112103561B (zh) | 一种电解液及电化学装置 | |
CN116544498A (zh) | 一种基于超分子相互作用的复合聚合物电解质、制备方法及金属锂二次电池 | |
EP4358221A1 (en) | Electrolyte, secondary battery, and electric device comprising secondary battery | |
CN118057645A (zh) | 低温可用的锂离子电池电解液及其制备方法、锂离子电池 | |
CN113140801A (zh) | 一种低温快充型锂离子电池电解液及其制备方法 | |
WO2024011541A1 (zh) | 二次电池、电池模块、电池包和用电装置 | |
CN116231070A (zh) | 低温可用的钠离子电池电解液、钠离子电池 | |
CN110993929B (zh) | 聚合物保护膜、金属负极材料、锂离子电池及制备方法 | |
CN110416617B (zh) | 一种锂电池 | |
WO2023205965A1 (zh) | 负极组合物、负极浆料、负极极片、二次电池及含有该二次电池的用电装置 | |
CN118213610A (zh) | 一种低温复合准固态电解质的制备方法及其固态锂电池应用 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |