一种锂电池低温电解液制造技术

本发明专利技术属于锂离子电池领域，尤其涉及一种锂电池低温电解液，包括锂盐、有机溶剂、有机自由基和添加剂，通过各组分及比例的配合，获得一种低温适用的电解液。

A Low Temperature Electrolyte for Lithium Batteries

The invention belongs to the field of lithium ion batteries, in particular to a low-temperature electrolyte for lithium batteries, including lithium salts, organic solvents, organic free radicals and additives, and obtains a low-temperature applicable electrolyte through the coordination of various components and proportions.

【技术实现步骤摘要】
一种锂电池低温电解液
本专利技术属于锂离子电池领域，尤其涉及一种锂电池低温电解液。
技术介绍
锂离子电池是当今最成功的化学储能电池之一，在消费类电子市场、电化学储能市场和电动汽车领域大放异彩。但是性能非常优异的锂离子电池却对温度十分敏感。低温会导致锂离子电池电性能下降，甚至会使得锂离子电池无法使用。低温充电还会导致锂枝晶的产生，从而留有安全隐患。有些锂离子电池需要在某些寒冷的环境下使用，如叉车、船舶等的备用电源就要满足低温充电能力，因而需要开发具有5℃乃至0℃充电能力的电芯来满足市场需求。电解液作为在电池内起传导作用的离子导体，自身的性能和在正负极界面反应的状况对电池的温度性能影响很大。从电解液入手来改善锂离子电池的温度性能已经被众多研究者证实是可行的技术途径。常规的商业锂离子电池电解液在低温下的粘度会快速增加，电导率急剧下降。我们以一款常见的商业锂离子电池电解液LB303为例，常温下其离子电导率为10ms/cm左右，但是在﹣40℃，其电导率就急剧下降到了0.02ms/cm，严重影响了锂离子电池的低温放电性能。因此提升锂离子电池低温性能的关键在于提高电解液的低温性能。申请号为“201310123054.2”的“一种三元动力锂离子电池用低温电解液及制备方法”专利，主要采用低熔点的小分子线性酯，有效解决了目前锂离子电池低温放电效率低的问题，但是锂离子电池在低温下的其他性能仍有不足。申请号为“201410848393.1”的“一种低温电解液”专利，主要包括有机溶剂和锂盐，所述的有机溶剂包括30％～50％的环状碳酸醋和50％～70％的链状羧酸酯。但是该技术方案的锂离子电池在低温下的性能仍有待提高。
技术实现思路
本专利技术提供一种低温电解液，包括锂盐、有机溶剂、有机自由基和添加剂。电解液在电池正负极之间承担着传递电荷的作用,它的性能对电池的容量、内阻、倍率充放电、操作温度范围、循环寿命等都有很大影响。有机溶剂是电解液的主体成分，溶剂的许多性能参数与电解液性能的优劣密切相关，如溶剂的粘度、介电常数、熔点、沸点、闪燃点以及氧化还原电位等因素对电池的电解液溶解度、使用温度范围、电池安全性和电极电化学性能都有重要影响。电解液中的锂离子在充电过程中，在两个电极间往返脱嵌。锂离子电池在充电时，从正极脱出，经过电解质嵌入到负极，使负极处于富锂状态，同时电子的补偿电荷从外电路供给到负极，以确保电荷的平衡。放电时则相反，锂离子从负极脱出，经过电解液嵌入到正极材料中，使正极处于富锂状态。在正常的充放电情况下，正负极材料的化学结构基本不变。向电解液中加添加剂是一种经济且高效的改善锂离子电池性能的方法。有机自由基能提高正负极电子转移速率来增加两极锂离子的反应速度。优选地，有机溶剂包括环状碳酸酯和链状碳酸酯，所述环状碳酸酯占所述有机溶剂总质量的25％～50％，所述链状碳酸酯占所述有机溶剂总质量的50％～75％。本专利技术主要通过调整电解液溶剂链状碳酸酯溶剂的占比来降低电解液在低温状态下的粘度，链状碳酸酯具有较低的熔点，在低温条件下粘度较环状碳酸酯高出很多。环状碳酸酯化学稳定性比较高，溶解性好，能够溶解的物质多，具有很好的通用性，同时无毒、价格低廉。环状碳酸酯在负极上的成膜电位比较高，当充电时负极的电位不断下降，还原电位较高的环状碳酸酯优先析出，参与了SEI膜的形成从而有利于稳定负极，并且阻抗适中，电池性能表现上比较好。锂盐在所述有机溶剂中具有很好地溶解性。优选地，环状碳酸酯选用碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、γ-丁内酯和碳酸亚丁酯中的一种或多种。环状分子结构的碳酸乙烯酯分子量88.0，熔点36.4℃，沸点248.0℃，闪点160.0℃，密度1.321g/cm3，粘度89.78mPa·s。环状分子结构的碳酸丙烯酯分子量102.1，熔点-48.8℃，沸点242.0℃，闪点132.0℃，密度1.204g/cm3，粘度64.92mPa·s。环状分子结构的γ-丁内酯分子量86.09，熔点-43.53℃，沸点204.0℃，闪点98.3℃，密度1.125g/cm3，粘度1.7mPa·s。优选地，链状碳酸酯选用碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯中的一种或多种。链状分子结构的碳酸二甲酯分子量90.1，熔点4.6℃，沸点91℃，闪点17℃，密度1.063g/cm3，粘度3.107mPa·s。链状分子结构的碳酸二乙酯分子量118.1，熔点-74.3℃，沸点126℃，闪点31.1℃，密度0.969g/cm3，粘度2.805mPa·s。链状分子结构的碳酸甲乙酯分子量104.1，熔点-55℃，沸点109℃，闪点123℃，密度1.006g/cm3，粘度2.958mPa·s。优选地，有机自由基为双极性有机自由基TEMPO(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶酮)，浓度为0.5～1.5mmol/L。TEMPO为双极性的有机自由基，这种特殊的结构使得它能够失去一个电子被氧化，也能够得到一个电子被还原，因而能够同时在正负两极发生反应，提高正负极电子转移速来增加两极锂离子的反应速度，从而提高其低温充电能力。TEMPO的电子转移速率常数接近10-2cm/s，比其他氧化还原活性物质的高几个数量级，有利于锂离子电池获得优异的倍率性能。TEMPO的离域电子的共振结构以及四个α-甲基的位阻保护效应，使得TEMPO成为一个相当稳定的有机自由基，不仅在电解液中稳定存在，还能与电解液中的有机溶剂、添加剂、锂盐等物质相互结合，提高电解液的综合性能。优选地，添加剂选用碳酸乙烯亚乙酯、氟代碳酸乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、亚硫酸丁烯酯、亚硫酸乙烯酯、1,3-丙烷磺内酯、硫酸乙烯酯、环己基苯、叔丁基苯、丁二腈中的一种或多种；所述添加剂占电解液总质量的1％～5％。添加剂在首次循环过程中会在正负极表面还原分解形成CEI膜和SEI膜，抑制了溶剂分子在电极表面的持续分解，将改善正负极界面情况。添加剂能抑制电解液的氧化分解，提高电解液的低温性能。添加剂还能够抑制电极/电解液界面副反应的发生，提高循环过程中正极材料结构的稳定性，有效提高正极材料的循环寿命。恰当比例的添加剂可以使电芯正负极形成致密的CEI膜和SEI膜，减少界面扩散和电池中气体的产生，降低锂离子电池的低温电荷转移阻抗，提高电池低温性能和常温循环性能。优选地，锂盐为LiBF4、LiODFB、LiBOB、LiPF6、LiFSI、LiTFSI、LiF、LiAsF6、LiClO4、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2中的一种或多种；所述锂盐占电解液总质量的6％～15％。尽管锂盐的种类很多，适用于锂离子电池的锂盐却非常有限，锂盐在有机溶剂中有足够高的溶解度，缔合度小，易于解离，以保证电解液有较高的电导率；锂盐阴离子具有较高的氧化和还原稳定性，在电解液中稳定性好，还原产物有利于电极钝化膜的形成；锂盐应具有良好的环境友好性，分解产物对环境的影响较小；锂盐应易于制备和纯化，生产成本低。所述电解液，可以用于软包电池、方形铝壳电池、圆柱电池。所述电解液，也可以用于电池组，所述电池组可以为锂电池的并联组合、串联组合、串并联组合。所述电解液，也可以用于电池包，所述电池包由锂电池或锂电池组pack组成。有益效果：1、本专利技术创造性地将有机自由基加入到锂电池电解液体系中，通过与锂盐本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂电池低温电解液，其特征在于，包括锂盐、有机溶剂、有机自由基和添加剂。

【技术特征摘要】
1.一种锂电池低温电解液，其特征在于，包括锂盐、有机溶剂、有机自由基和添加剂。2.根据权利要求1所述锂电池低温电解液，其特征在于，所述有机溶剂包括环状碳酸酯和链状碳酸酯，所述环状碳酸酯占所述有机溶剂总质量的25％～50％，所述链状碳酸酯占所述有机溶剂总质量的50％～75％。3.根据权利要求2所述锂电池低温电解液，其特征在于，所述环状碳酸酯选用碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、γ-丁内酯和碳酸亚丁酯中的一种或多种。4.根据权利要求2所述锂电池低温电解液，其特征在于，所述链状碳酸酯选用碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯中的一种或多种。5.根据权利要求1所述锂电池低温电解液，其特征在于，所述有机自由基为双极性有机自由基TEMPO，浓度为0.5～1.5mmol/L。6.根据权利要求1所述锂电池低温电解液，其特征在于，所述添加剂选用碳酸乙烯亚乙酯、氟代...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈海博，昌绍忠，魏松锋，徐亮，温旭明，龚伟军，高润，李锶，彭志刚，龚小勤，李芳芳，
申请(专利权)人：江西赣锋电池科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江西,36