一种电池电容用低温多元电解液制造技术

本发明专利技术涉及一种电池电容用低温多元电解液，属于新能源储能技术领域。本发明专利技术的电解液包括电解液包括8～15wt％的电解质盐和1～10wt％的复合添加剂，余量为有机溶剂，有机溶剂包括60～96wt％的酯类溶剂和4～40wt％的乙腈离子液体复合物，电解质盐包括50～95wt％的锂盐和5～50wt％的电容用盐。本发明专利技术的电解液在低温条件下电导率和离子移动速率高，在电池电容低温充放电过程中既能保证离子移动的吸附作用，又能保证锂离子的脱嵌。

Low temperature multicomponent electrolyte for battery capacitor

The invention relates to a low temperature multicomponent electrolyte for a battery capacitor, belonging to the technical field of new energy storage. The electrolyte of the present invention include composite electrolyte additives including electrolyte salt 15wt% 8 ~ and 1 ~ 10wt%, the remainder of the organic solvent, the organic solvent comprises 60 ~ 96wt% and 4 ~ 40wt% ester solvent acetonitrile ionic liquid composite electrolyte salt, including 50 ~ 95wt% and 5 ~ 50wt% capacitance of lithium salt. The electrolyte of the present invention has high conductivity and ion moving rate under low temperature, and can ensure the adsorption of ions moving in the process of low temperature charging and discharging of the battery capacitor, and can ensure the de embedding of the lithium ion.

【技术实现步骤摘要】
一种电池电容用低温多元电解液
本专利技术属于新能源储能
，涉及一种电池电容用低温多元电解液。
技术介绍
超级电容和锂离子电池具有各自突出的优点以及局限性，在功率密度上，超级电容大于锂离子电池，在能量密度上，锂离子电池大于超级电容，由于锂离子电池和超级电容在比能量和比功率上的差异，两者在充放电速率上也有很大差异，超级电容较锂离子电池充放电速度快、效率高、耐充，并且耐低温，最低使用温度为-40℃，锂离子电池使用最低温度为-20℃，但是超级电容过快的充电速度和过高的放电效率导致安全性更难控制，超级电容较低的安全电压，也制约了其应用。在实际应用中，将超级电容和锂离子电池结合起来的并联式或者串联式混合型器件同时具有二者的优点，有望应用于电动汽车、电气设备军事和航空航天设施等高能量大功率型的电子产品领域，市场需求巨大，应用前景广阔。锂离子电池电解液一般是由六氟磷酸锂或者四氟硼酸锂溶解在有机溶剂(DMC、EC、PC、EMC等)中，由于混合型的电池电容是在锂电的正负极一极或者两极中加入一定比例的电容碳材料，对电解液的要求进一步提高，需要超级电容电解液盐及相关溶剂的添加。由于传统电解液中的电解质易蒸发和分解，目前的电容电池难以在高温下运行，传统电解液中的溶剂往往会限制电容电池的电化学窗口，降低其能量密度。另外，传统的电解液使用的有机溶剂中可能会存在少量的残余水，电容电池在残余水的作用下会发生退化现象。电池电容的低温性能很大程度取决于其电解液在低温下的性能。器件的低温性能直接限制了器件的应用范围和应用条件，因此采用新型低温电解液有助于提高器件的环境适应性，增加应用范围。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种电池电容用低温多元电解液，在低温条件下电导率和离子移动速率高，在电池电容低温充放电过程中既能保证离子移动的吸附作用，又能保证锂离子的脱嵌。本专利技术的目的可通过下列技术方案来实现：一种电池电容用低温多元电解液，所述电解液包括8～15wt％的电解质盐和1～10wt％的复合添加剂，余量为有机溶剂，所述有机溶剂包括60～96wt％的酯类溶剂和4～40wt％的乙腈离子液体复合物，所述电解质盐包括50～95wt％的锂盐和5～50wt％的电容用盐。本专利技术中的电解液的有机溶剂中不仅含有常规的酯类化合物，还复配使用了乙腈离子液体复合物，有效降低了电解液的使用温度，还避免了乙腈对电池电容负极产生的解离作用。多元有机溶剂协同作用，不同溶剂为电解液的不同温度下的电导率提供了载体，使电池电容在低温充放电过程中既保证了离子自由移动的吸附作用，又保证了锂离子的脱嵌作用。本专利技术的电解液中将离子液体与其它有机溶剂复配使用，可以提高电池电容的使用温度和使用稳定性，扩展电容电池的适用场合。离子液体具有良好的热稳定性和电化学稳定性，具有宽阔的电化学窗口，并可通过阴、阳离子结构和组合的改变而具有特定的功能，并且不含水。但是纯的离子液体在室温条件下并不是完全呈现自由的离子状态，而是一部分离子通过范德华力等离子之间的作用力形成离子对，这些离子对对电导率无贡献；并且纯的离子液体存在黏度高、与电极材料相容性差等缺点造成电池电容的倍率性能不好、容量保持率低，低温性能差、成本高。因此本专利技术将离子液体与其它有机溶剂复配使用，以降低离子液体的黏度，增加离子液体的电导率，提高电容电池的能量密度、高低温稳定性和使用稳定性，增大电化学窗口。乙腈有助于电解液在低温下的作用发挥，与离子液体的相容性较好，能有效降低离子液体的粘度，而离子液体有助于抑制乙腈对负极石墨类材料的解离作用。当有机溶剂中包括4～40wt％的乙腈离子液体复合物时，随着有机溶剂中离子液体含量的增加，电池电容的比电容随之明显增加，离子液体含量超过40wt％时，比电容的增加变得缓慢，因此本专利技术将乙腈离子液体复合物控制在上述范围内。电解质盐中既包含提供锂离子的电解质盐，又包含超级电容器常规使用的盐类，多种电解质盐在电解液中形成多种离子，提供了不同温度下高活性的电解液离子，保证了电池电容在低温下的离子移动速率。复合添加剂的使用提高了低温下电解液的电导率和离子移动速率，循环稳定性，高低温稳定性等。作为优选，所述酯类溶剂为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸丁烯酯(BC)、二甲氧基乙烷(DME)、碳酸亚乙烯酯(VC)、r-丁内酯(GBL)、亚硫酸酯中的两种或多种的组合。本专利技术的酯类溶剂选用两种以上的有机溶剂进行合理配比，以提高电容电池的低温性能、导电率等。在电池首次充电过程中，电解液在碳负极表面发生还原、分解反应，并生成一层覆盖于电极表面的钝化膜，称为固体电解质界面(SEI)膜。SEI膜的性质在很大程度上决定电池的电化学性能。碳酸乙烯酯(EC)成膜效果好，但熔点较高，将EC与其它低熔点溶剂DMC、DEC、EMC一起使用，可以提高电导率，有效降低电解液熔点和低温粘度，提高低温性能。PC与EC结构相似，但熔点更低(-49.2℃)，并且支持电解质的溶解度大，使用的温度范围广，电位窗口宽，熔点低，沸点高，电解液注入电池时易操作，能显著提高电池的高低温性能，但是PC容易与锂离子一起向石墨负极共嵌，使石墨层发生剥离，导致电池循环性能下降，而EC对PC嵌入石墨电极起抑制作用，调整有机溶剂中EC、PC及其他有机溶剂的比例，可完全抑制PC嵌入石墨。r-丁内酯(GBL)的加入能有效提高电解液的电导率。亚硫酸酯的加入能抑制PC在电极上的共插，促进石墨表面钝化膜的形成，提高正极的电化学稳定性和低温电导率。采用四种以上的上述有机溶剂配比酯类溶剂，所得到的电容电池低温性能更好。作为优选，所述乙腈离子液体复合物中包括40～75wt％的乙腈和25～60wt％的离子液体。作为优选，所述离子液体为1,2二甲基4氟吡唑四氟硼酸盐(DMFPBF4)、1-甲基-3-乙基咪唑三全氟乙基三氟磷酸盐(EMI[PF3(C2F5)])、1-甲基-3-乙基咪唑氟代磺酰亚胺盐(EMI[N(FSO2)2])、全氟-1-甲基-3-乙基咪唑三氟甲基磺酰亚胺盐(pfEMIIm)中的一种或多种。DMFPBF4具有较高的电化学窗口，对锂离子有较高的稳定性，EMI[PF3(C2F5)]可以促进锂离子的嵌入和脱出，有助于增加电池电容的循环稳定性，EMI[N(FSO2)2的熔点低，热稳定性好，pfEMIIm热稳定性好，并且耐高压，能有效提高电池电容的高温稳定性。作为优选，所述锂盐为六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、高氯酸锂(LiClO4)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、双草酸硼酸锂(LiBOB)、二氟草酸硼酸锂(LiODFB)、双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)中的一种或者多种的组合。作为优选，所述电容用盐为四乙基四氟硼酸铵(TEABF4)、四甲基四氟硼酸铵、三乙基甲基四氟硼酸铵、N,N-二乙基吡咯烷四氟硼酸铵、N,N-二甲基吡咯烷四氟硼酸铵、N-甲基-N-乙基吡咯烷四氟硼酸铵、N,N-二甲基吡咯烷四氟硼酸铵、5-氮杂螺环[4,4]壬烷四氟硼酸铵中的一种或多种的组合。作为优选，所述复合添加剂包括砜类、醚类、胺类、酚类、硼基化合物、酸类、纳米SiO2中的一种或多种的组合。作为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池电容用低温多元电解液，其特征在于，所述电解液包括8～15wt％的电解质盐和1～10wt％的复合添加剂，余量为有机溶剂，所述有机溶剂包括60～96wt％的酯类溶剂和4～40wt％的乙腈离子液体复合物，所述电解质盐包括50～95wt％的锂盐和5～50wt％的电容用盐。

【技术特征摘要】
1.一种电池电容用低温多元电解液，其特征在于，所述电解液包括8～15wt％的电解质盐和1～10wt％的复合添加剂，余量为有机溶剂，所述有机溶剂包括60～96wt％的酯类溶剂和4～40wt％的乙腈离子液体复合物，所述电解质盐包括50～95wt％的锂盐和5～50wt％的电容用盐。2.根据权利要求1所述的电池电容用低温多元电解液，其特征在于，所述酯类溶剂为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸丁烯酯(BC)、二甲氧基乙烷(DME)、碳酸亚乙烯酯(VC)、r-丁内酯(GBL)、亚硫酸酯中的两种或多种的组合。3.根据权利要求1所述的电池电容用低温多元电解液，其特征在于，所述离子液体为1,2二甲基4氟吡唑四氟硼酸盐(DMFPBF4)、1-甲基-3-乙基咪唑三全氟乙基三氟磷酸盐(EMI[PF3(C2F5)])、1-甲基-3-乙基咪唑氟代磺酰亚胺盐(EMI[N(FSO2)2])、全氟-1-甲基-3-乙基咪唑三氟甲基磺酰亚胺盐(pfEMIIm)中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的电池电容用低温多元电解液，其特征在于，所述乙腈离子液体复合物中包括40～75wt％的乙腈和25～60wt％的离子液体。5.根据权利要求1所述的电池电容用低温多元电解...

【专利技术属性】
技术研发人员：阮殿波，袁峻，傅冠生，乔志军，周洲，
申请(专利权)人：宁波中车新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33