一种锂离子电池用低温电解液及其制备方法技术

技术编号:21094294 阅读:23 留言:0更新日期:2019-05-11 11:45
本发明专利技术涉及一种锂离子电池用低温电解液,其可使得锂离子电池具有十分优异的低温性能,在‑40℃下的放电比容量达到25℃下放电比容量的至少60%,甚至可高达73%,显著优于现有由商业化的低温电解液所制的锂离子电池。同时,所述锂离子电池在‑40℃下的放电电压平台高于3.2V,最高可达3.5V,同样高于由商业化的低温电解液所制的锂离子电池的电压平台(低于3.2V)。与传统电解液相比,本发明专利技术所述低温电解液所需原料成本较低、制备简单、低温性能更加优越、所制锂离子电池可使用温度范围更宽,因此适合用在各种移动电子产品、电动汽车及其他移动通信领域和军工领域的电源装置上,并且特别适合在低温环境下使用。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池用低温电解液及其制备方法
本专利技术属于锂离子电池领域,具体而言,本专利技术涉及一种锂离子电池用低温电解液以及其制备方法。本专利技术还涉及所述低温电解液的应用,以及包含所述低温电解液的锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池因其具有高容量、高能量、体积小、质量轻、对环境友好等特点,自其商品化以来,已经在移动电话,笔记本电脑,数码相机等便携式移动电子产品上得到广泛应用。随着锂离子电池市场推广,锂离子电池的应用领域越来越广泛,并正朝向电动汽车,航天航空及军用通讯设备等领域取代传统能源供给,越来越广泛的需求对锂离子电池的温度特性有了更高的要求。在我国北方,在冬季电动汽车经常面临-30℃以下的低温,随着我国航天事业和深海潜水领域的发展,通常面临-40℃的工作环境。在这些低温环境下,锂离子电池的电解液会出现粘度增大、导电率下降、SEI膜的阻抗增加,以及锂离子通过电极/电解液界面的速度下降等一系列的问题,最终导致锂离子电池的性能迅速下降,乃至完全失效。已有研究数据表明,传统的商业化的常温电解液在-30℃时,电池放电容量仅为常温下的50%左右,在-40℃时电池基本失效,无法正常工作。因此,研制出一种能够在低温环境下使用的电解液,改善锂离子电池的低温性能,成为推动锂离子电池应用和发展的一个亟待解决重要问题。
技术实现思路
针对上述锂离子电池在低温环境下的性能差乃至失效的问题,本专利技术提供了一种可在低温环境下使用的锂离子电池用电解液。本专利技术还提供了所述电解液的制备方法。具体而言,本专利技术的一个目的在于提供一种锂离子电池用低温电解液,所述低温电解液包括:三元有机溶剂、电解质和添加剂;其中,所述三元有机溶剂包含:(1)选自碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)的第一有机溶剂;(2)选自碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸甲丙酯(MPC)的第二有机溶剂;(3)选自至少一种(甲基)丙烯酸酯的第三有机溶剂;其中,第一有机溶剂与第二有机溶剂的质量比为:(1~5):(1~5);第一有机溶剂、第二有机溶剂体积之和与第三有机溶剂体积的比为:100:4~16。在本专利技术的一个实施方案中,所述第一有机溶剂与第二有机溶剂的质量比优选为(2~4):(1~5),更优选为(3~4):(3~5)。在本专利技术的一个实施方案中,所述第一有机溶剂与第二有机溶剂的质量比进一步优选为(1、2、3、4或5):(1、2、3、4或5),还进一步优选为1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、2:1、2:3、2:5、3:1、3:2、3:4、3:5、4:1、4:3或4:5,最优选为1:1、2:3、3:4或3:5。在本专利技术的一个实施方案中,所述第一有机溶剂、第二有机溶剂体积之和与第三有机溶剂体积的比优选为100:4、100:5、100:6、100:7、100:8、100:9、100:10、100:11、100:12、100:13、100:14、100:15或100:16。在本专利技术的一个实施方案中,所述第一有机溶剂、第二有机溶剂体积之和与第三有机溶剂体积的比进一步优选为100:(6~14)或100:(8~12)。在本专利技术的一个实施方案中,所述(甲基)丙烯酸酯选自丙烯酸甲酯(MA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸乙酯(EA)、甲基丙烯酸乙酯(EMA)、丙烯酸丙酯(PA)、甲基丙烯酸丙酯(PMA)、丙烯酸丁酯(BA)或甲基丙烯酸丁酯(BMA)中的至少一种。在本专利技术的一个实施方案中,所述(甲基)丙烯酸酯优选选自丙烯酸甲酯(MA)、丙烯酸乙酯(EA)、丙烯酸丁酯(BA)或甲基丙烯酸丁酯(BMA)中的至少一种。在本专利技术的一个实施方案中,所述(甲基)丙烯酸酯进一步优选为丙烯酸甲酯(MA)或丙烯酸丁酯(BA)。在本专利技术的一个实施方案中,所述电解质优选选自六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、高氯酸锂(LiClO4)、三氟甲磺酸锂(LiCF3SO3)中的至少一种。在本专利技术的一个实施方案中,所述电解质优选选自六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)或六氟砷酸锂(LiAsF6)中的至少一种。在本专利技术的一个实施方案中,所述电解质进一步优选选自六氟磷酸锂(LiPF6)或四氟硼酸锂(LiBF4)。在本专利技术的一个实施方案中,所述电解质在电解液中的浓度为0.5mol/L~3mol/L。在本专利技术的一个实施方案中,所述电解质在电解液中的浓度优选为0.5mol/L、1.0mol/L、1.5mol/L、2.0mol/L、2.5mol/L或3mol/L。在本专利技术的一个实施方案中,所述电解质在电解液中的浓度进一步优选为0.5mol/L~2.0mol/L或者0.5mol/L~1.0mol/L。在本专利技术的一个实施方案中,所述添加剂包括第一添加剂氟代碳酸乙烯酯(FEC),还包括选自碳酸丙烯酯(PC)和碳酸亚乙烯酯(VC)中的至少一种的第二添加剂。在本专利技术的一个实施方案中,所述添加剂由第一添加剂氟代碳酸乙烯酯(FEC)和第二添加剂碳酸丙烯酯(PC)组成。在本专利技术的一个实施方案中,所述添加剂由第一添加剂氟代碳酸乙烯酯(FEC)和第二添加剂碳酸亚乙烯酯(VC)组成。在本专利技术的一个实施方案中,所述添加剂由第一添加剂氟代碳酸乙烯酯(FEC)和第二添加剂碳酸丙烯酯(PC)及碳酸亚乙烯酯(VC)组成。在本专利技术的一个实施方案中,第一添加剂氟代碳酸乙烯酯(FEC)与电解质的摩尔比为(1~4):100。优选地,第一添加剂氟代碳酸乙烯酯(FEC)与电解质的摩尔比为1:100、2:100、3:100或4:100。更优选地,第一添加剂氟代碳酸乙烯酯(FEC)与电解质的摩尔比为(1~3):100、(2~4):100或(2~3):100。在本专利技术的一个实施方案中,第二添加剂与三元有机溶剂的体积比为(2~8):100。优选地,第二添加剂与三元有机溶剂的体积比为2:100、3:100、4:100、5:100、6:100、7:100或8:100。更优选地,第二添加剂与三元有机溶剂的体积比为(2~6):100或(3~5):100。在本专利技术的一个优选的实施方案中,所述锂离子电池用低温电解液包括:三元有机溶剂、电解质和添加剂;其中,所述三元有机溶剂包含:(1)选自碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)的第一有机溶剂;(2)选自碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸甲丙酯(MPC)的第二有机溶剂;(3)选自至少一种(甲基)丙烯酸酯的第三有机溶剂;其中,第一有机溶剂与第二有机溶剂的质量比为:(1~5):(1~5);第一有机溶剂、第二有机溶剂体积之和与第三有机溶剂的体积比为:100:4~16;所述(甲基)丙烯酸酯选自丙烯酸甲酯(MA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸乙酯(EA)、甲基丙烯酸乙酯(EMA)、丙烯酸丙酯(PA)、甲基丙烯酸丙酯(PMA)、丙烯酸丁酯(BA)或甲基丙烯酸丁酯(BMA)中的至少一种;所述电解质选自六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、高氯酸锂(LiClO4)、三氟甲磺酸锂(LiCF3SO3)中的至少一种;所述电解质在电解液中的浓度为0.5mol/L~3mol/L;所述添加剂包括第一添加剂氟代碳酸乙烯酯(FEC),还包括选自碳酸丙烯酯(PC)和碳酸亚乙烯酯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池用低温电解液,所述低温电解液包括:三元有机溶剂、电解质和添加剂;其中,所述三元有机溶剂包含:(1)选自碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)的第一有机溶剂;(2)选自碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸甲丙酯(MPC)的第二有机溶剂;(3)选自至少一种(甲基)丙烯酸酯的第三有机溶剂;其中,第一有机溶剂与第二有机溶剂的质量比为:(1~5):(1~5);第一有机溶剂、第二有机溶剂体积之和与第三有机溶剂体积的比为:100:4~16。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池用低温电解液,所述低温电解液包括:三元有机溶剂、电解质和添加剂;其中,所述三元有机溶剂包含:(1)选自碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)的第一有机溶剂;(2)选自碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸甲丙酯(MPC)的第二有机溶剂;(3)选自至少一种(甲基)丙烯酸酯的第三有机溶剂;其中,第一有机溶剂与第二有机溶剂的质量比为:(1~5):(1~5);第一有机溶剂、第二有机溶剂体积之和与第三有机溶剂体积的比为:100:4~16。2.根据权利要求1所述的低温电解液,其特征在于,所述第一有机溶剂与第二有机溶剂的质量比优选为(2~4):(1~5),更优选为(3~4):(3~5)。3.根据权利要求1或2所述的低温电解液,其特征在于,所述第一有机溶剂、第二有机溶剂体积之和与第三有机溶剂体积的比优选为100:(6~14)或100:(8~12)。4.根据权利要求1-3任一项所述的低温电解液,其特征在于,所述(甲基)丙烯酸酯选自丙烯酸甲酯(MA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸乙酯(EA)、甲基丙烯酸乙酯(EMA)、丙烯酸丙酯(PA)、甲基丙烯酸丙酯(PMA)、丙烯酸丁酯(BA)或甲基丙烯酸丁酯(BMA)中的至少一种。5.根据权利要求1-4任一项所述的低温电解液,其特征在于,所述电解质选自六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、六氟砷酸锂(LiAsF...

【专利技术属性】
技术研发人员:陈军朱才建钟盛文
申请(专利权)人:江西理工大学
类型:发明
国别省市:江西,36

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