一种适用于钛酸锂电池的锂离子电池电解液制造技术

本发明专利技术公开了一种适用于钛酸锂电池的锂离子电池电解液，涉及电池材料领域，能够显著抑制钛酸锂电池长期使用和高温环境下的产气问题。所述锂离子电池电解液包括电解质锂盐、非水有机溶剂和钛酸锂负极保护添加剂；锂盐由六氟磷酸锂(LiPF6)和双草酸硼酸锂(LiBOB)组成，且二者之间的摩尔比为100～80:0～20，非水有机溶剂以环状碳酸酯：线性碳酸酯：醚类＝30～50:20～50:0～30的质量比均匀混合而成，电解质锂盐与非水有机溶剂组成的混合锂盐溶液的浓度为0.5～1.5mol/L，钛酸锂负极保护添加剂为硼酸酯类物质，其在电解液中的质量比为0.1％～10％。本发明专利技术能有效抑制钛酸锂电池的产气问题，且电池综合性能优良。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子电池电解液
，特别涉及一种适用于钛酸锂电池的锂离子电池电解液。
技术介绍
近年来，由于全球环境污染和能源衰竭越来越严重，各国都在努力寻找新的绿色、环保且可持续发展的能源。锂离子电池具有电压高、比能量大、循环寿命长、放电性能稳定、安全环保等特点，在电动汽车、储能等领域有十分广泛的应用前景。但是当今以石墨负极为基础的锂离子电池还普遍存在安全性方面的问题，主要是因为石墨负极的嵌锂电位与锂的电位接近，锂离子电池充电过程中锂可能会在石墨表面析出。此外，碳负极表面由于有固体电解质界面膜(SEI)的生成导致相关电池的不可逆容量随循环积累而降低。在一些碳负极与某些电解液溶剂(如PC等)配合使用中，由生成SEI膜反应的产物插入到石墨层促使其结构坍塌而导致电池失效；另外，石墨碳在充放电的过程中会有约10％的体积变化而导致活性材料之间以及与集流体发生脱离，极片失去电子传导连续性，最终电池寿命缩短，安全性降低。而钛酸锂嵌锂电位高(1.55Vvs.Li/Li+),故做负极时表面不会有锂的析出，且钛酸锂在充放电过程中骨架结构基本不发生变化，故被称作是“零应变”材料，这一特点大大提高了相应电池的循环寿命，同时也相应地提高了电池的安全性。再加上钛酸锂中锂离子扩散系数比石墨负极高的优点，在安全性和倍率性上较目前商业化的碳负极具有明显优势，非常适合应用于快速充电型电动汽车。然而钛酸锂电池中普遍存在着电池高温胀气问题，致使其循环性能衰减加快，此种现象对软包电池尤为严重，这样会导致电池安全性能降低，因而制约了它在动力及储能领域中的大规模应用。引起钛酸锂高温产气的重要原因之一是由于材料自身的催化作用诱导电解液中的有机溶剂发生化学分解反应产生大量气体。此外纳米级的钛酸锂负极材料有较强的吸湿性，致使电池制作中易带入过量水分，LiPF6的稳定性是在几类电解质锂盐中比较差的，电解液中存在相对较高含量的水分时，LiPF6容易发生分解生成氢氟酸，碳酸酯类溶剂在大量氢氟酸的存在下，更容易发生化学分解生成各种气体分子，导致电池严重产气。因此，寻找解决钛酸锂电池胀气的方法成为突破钛酸锂电池发展瓶颈的关键。从电解液角度出发改善钛酸锂电池在长期使用和高温环境下的胀气问题成为众多研究者关注的焦点，为此，本专利技术由此而来。相关专利中提到的方法主要有以下几种：(1)使用改善电解液高温性能的添加剂，比如专利CN102903956B中将1,3-丙烷磺酸内酯(PS)作为添加剂使用；(2)使用其它稳定性好的锂盐替代LiPF6以减弱LiPF6催化非水有机溶剂在钛酸锂表面还原分解，比如专利CN102306830B中双草酸硼酸锂(LiBOB)的应用；(3)添加控制电解液水分的添加剂以降低钛酸锂电池中水分含量，比如专利CN103326065B中R-CO-CH＝N2类物质在电解液中的使用。虽然通过以上几种方法的应用使电解液对钛酸锂电池的胀气问题有一定改善，但是还未能完全达到钛酸锂电池实际应用中对更高性能的需求。
技术实现思路
本专利技术提供了一种适用于钛酸锂电池的锂离子电池电解液，其组分配比合理，明显改善了钛酸锂电池在长期存储和高温环境下的胀气问题，并有效提升了钛酸锂电池的综合性能表现。本专利技术采用的技术方案是这样的：一种适用于钛酸锂电池的锂离子电池电解液，包括电解质锂盐、非水有机溶剂和钛酸锂负极保护添加剂。上述一种适用于钛酸锂电池的锂离子电池电解液中电解质锂盐由六氟磷酸锂(LiPF6)和双草酸硼酸锂(LiBOB)组成，且二者之间的摩尔比为100～80:0～20，非水有机溶剂以环状碳酸酯：线性碳酸酯：醚类＝30～50:20～50:0～30的质量比均匀混合而成，电解质锂盐与非水有机溶剂组成的混合锂盐溶液的浓度为0.5～1.5mol/L，所述钛酸锂负极保护添加剂在电解液中的质量比例为0.1％～10％。电解液中的非水有机溶剂包含有环状碳酸酯，线性碳酸酯以及醚类。所述环状碳酸酯选自碳酸乙烯酯(EC)和碳酸丙烯酯(PC)中的一种或两种，所述线性碳酸酯选自碳酸二乙酯(DEC)和碳酸甲乙酯(EMC)中的一种或两种，所述醚类选自γ-丁内酯(GBL)，乙二醇二甲醚(DME)、二乙二醇二甲醚(DEGDME)和四乙二醇二甲醚(TEGDME)中的一种或多种。上述非水有机溶剂中的各组分质量比例为环状碳酸酯：线性碳酸酯：醚类＝30～50:20～50:0～30；优选地，所述非水有机溶剂中环状碳酸酯、线性碳酸酯和醚类的质量比为40～50:35～50:5～15。其中环状碳酸酯部分中碳酸乙烯酯(EC)和碳酸丙烯酯(PC)的质量比为EC:PC＝0～50:50～100。此适用于钛酸锂电池的锂离子电池电解液中的钛酸锂负极保护添加剂为硼酸酯类物质，所述硼酸酯类物质选自三(三甲基硅烷)硼酸酯(TMSB)、硼酸三甲酯(TMB)、硼酸三乙酯(TEB)和硼酸三苯酯(TBB)中的一种或多种。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1.本专利技术选用了耐还原性好的碳酸酯和醚类等非水有机溶剂，并且优化了有机溶剂中各组分的比例，最大限度的提高了电解液的稳定性，减少了钛酸锂电池发生胀气形变的可能。2.本专利技术使用了双草酸硼酸锂(LiBOB)与六氟磷酸锂(LiPF6)组成混合锂盐，有效减弱了六氟磷酸锂(LiPF6)对非水有机溶剂在钛酸锂负极上还原分解的催化作用，减弱了非水有机溶剂的分解产气。3.本专利技术使用了硼酸酯类物质作为钛酸锂负极保护添加剂，在钛酸锂电池首次充电过程中能够优先在钛酸锂负极表面形成稳定保护层，抑制了有机溶剂在其表面的还原分解产气。综上所述，本专利技术电解液配方设计合理，制备方法简单，使用本专利技术电解液的钛酸锂电池胀气现象得到明显抑制，有优良的存储性能和循环性能。下面通过实施例，对本专利技术的技术方案做进一步详细描述。附图说明图1为实施例1～4和对比例1～2中的钛酸锂电池常温5C/5D循环曲线及放电容量示意图。具体实施方式本专利技术公开了一种适用于钛酸锂电池的锂离子电池电解液，包括电解质锂盐、非水有机溶剂和钛酸锂负极保护添加剂。所述电解质锂盐与非水有机溶剂组成的混合锂盐溶液的浓度为0.5～1.5mol/L，钛酸锂负极保护添加剂在电解液中的质量比例为0.1～10％。实际制备过程中，所述电解质为六氟磷酸锂(LiPF6)和双草酸硼酸锂(LiBOB)组成的混合锂盐，且二者之间的摩尔比为100～80:0～20。所述非水有机溶剂由环状碳酸酯，线性碳酸酯以及本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于钛酸锂电池的锂离子电池电解液，其由电解质锂盐、非水有机溶剂和钛酸锂负极保护添加剂混合配制而成，其特征在于：所述电解质锂盐由六氟磷酸锂LiPF6和双草酸硼酸锂LiBOB组成，且LiPF6和LiBOB的摩尔比为100～80:0～20，非水有机溶剂以环状碳酸酯：线性碳酸酯：醚类＝30～50:20～50:0～30的质量比均匀混合而成，电解质锂盐与非水有机溶剂组成的混合锂盐溶液的浓度为0.5～1.5mol/L，所述钛酸锂负极保护添加剂为硼酸酯类物质，其在电解液中的质量比为0.1％～10％。

【技术特征摘要】
1.一种适用于钛酸锂电池的锂离子电池电解液，其由电解质锂盐、非水有机
溶剂和钛酸锂负极保护添加剂混合配制而成，其特征在于：所述电解质锂盐由
六氟磷酸锂LiPF6和双草酸硼酸锂LiBOB组成，且LiPF6和LiBOB的摩尔比为
100～80:0～20，非水有机溶剂以环状碳酸酯：线性碳酸酯：醚类＝30～50:20～50:0～30
的质量比均匀混合而成，电解质锂盐与非水有机溶剂组成的混合锂盐溶液的浓
度为0.5～1.5mol/L，所述钛酸锂负极保护添加剂为硼酸酯类物质，其在电解液中
的质量比为0.1％～10％。
2.根据权利要求1所述的一种适用于钛酸锂电池的锂离子电池电解液，其
特征在于，所述非水有机溶剂中环状碳酸酯、线性碳酸酯和醚类的质量比为
40～50:35～50:5～15。
3.根据权利要求1或2所述的一种适用于钛酸锂...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘朋朋，黄碧英，孙喜梅，
申请(专利权)人：龙能科技苏州有限责任公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32