一种低温电解液及使用该电解液的锂电池制造技术

本发明专利技术公开了一种低温电解液及使用该电解液的锂电池，涉及锂离子电池技术领域，该低温电解液包括锂盐、有机溶剂以及添加剂，其中锂盐为烷基含硫含氧氟代磷酸锂；相比于传统锂盐，本发明专利技术电解液中使用的烷基含硫含氧氟代磷酸锂，在‑50℃超低温条件下仍然具有较高的离子电导率，并且所述的烷基含硫含氧氟代磷酸锂可以在负极表面形成低阻抗的稳定SEI膜，有利于低温条件下锂离子的快速嵌入和脱出，有效的解决了由于温度过低而导致的负极析锂问题，能够在超低温环境中表现出更优异的低温放电和循环性能。

A cryogenic electrolyte and a lithium battery using the electrolyte

【技术实现步骤摘要】
一种低温电解液及使用该电解液的锂电池
本专利技术涉及锂离子电池
，特别是一种低温电解液及使用该电解液的锂电池。
技术介绍
锂离子电池由于工作电压高，比能量密度大，循环寿命长，对环境友好，已经成为电子数码、电动汽车、储能应用、航空航天等领域不可缺少的重要的化学能源之一。电解液是锂离子电池的重要组成部分，被称为锂离子电池的“血液”，通常由锂盐、溶剂和添加剂组成，对锂离子电池的循环性能、倍率性能及安全性能都有重要的影响。由于电解液在工作过程中要同时满足与正负极材料的兼容性、物理化学稳定性以及具有较高的电导率和较低的粘度等要求，因此一般选用环状碳酸酯、链状碳酸酯和低粘度的羧酸酯化合物形成组合溶剂，可以解决在低温下的溶剂的粘度问题，但在低温条件下，含有线性碳酸酯和羧酸酯的溶剂，往往介电常数也比较低，所以在低温条件下常规锂盐很难完全溶解，导致离子电导率较低，难以维持较快的锂离子迁移速率，从而造成锂离子电池的低温性能较差。目前，用于改善锂离子电池电解液低温性能的方法主要包括溶剂体系的优化以及低阻抗添加剂两方面，例如公开号为CN105811003专利公开了一种低温电解液，由环状碳酸酯和链状羧酸酯组成，锂盐为常规的LiPF6和LiBF4,通过有机溶剂体系和用量改进提高了低温电导率，实现-20℃低温循环性能的提升；公开号CN108270033通过在LiBOB和LiODFB锂盐体系中，加入功能助剂氟代碳酸乙烯酯和丙烯基-1,3-丙磺酸内酯，降低的电解液的界面阻抗，改善了锂离子电池的低温性能。虽然在一般性的低温环境条件下电池性能有所改善，但在-50℃超低温条件下仍然解决不了锂盐电导率低的问题，因此开发新型的超低温的锂盐电解液对扩宽锂离子电池的应用范围，提高极端条件下应用价值有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种低温电解液及使用该电解液的锂电池，以利于低温条件下锂离子的快速嵌入和脱出，解决由于温度过低而导致的负极析锂问题，使得锂电池能够在超低温环境中表现出更优异的低温放电和循环性能。为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种低温电解液，包括锂盐、有机溶剂以及添加剂，所述锂盐为烷基含硫含氧氟代磷酸锂，锂盐的结构为通式(I)或通式(Ⅱ)其中，R1、R2、R3和R4各自独立的选自F或C1-5的烷基，且R1、R2、R3和R4中至少有一个F和一个C1-5的烷基。优选的，所述有机溶剂为有机碳酸酯、C1-20烷基醚、苯硫醚、羧酸酯、砜、腈、二腈、磷腈中的至少一种。优选的，所述有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、1,4-丁内酯、碳酸甲乙酯、二甲醚、苯硫醚、乙腈、戊二腈、环丁砜、五氟乙氧基环三磷腈、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丁酯、丁酸乙酯中的至少一种。优选的，所述添加剂为碳酸亚乙烯酯、乙烯基碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、硫酸乙烯酯、三(三甲基硅基)硼酸酯、磷酸三甲酯、甲基膦酸二甲酯、六甲基二硅氮烷的至少一种。优选的，所述添加剂为碳酸亚乙烯酯和氟代碳酸乙烯酯。优选的，以电解液的总质量为基准，电解液中各组分的质量百分含量为：有机溶剂81-90％、锂盐8-15％、添加剂0.5-10％。优选的，所述有机溶剂85-90％、锂盐9-14％、添加剂0.5-1％。本专利技术同时申请保护一种锂电池，使用上述的低温电解液。优选的，所述锂电池的正极材料为过渡金属嵌锂氧化物、金属氧化物和金属硫化物中的至少一种。优选的，所述锂电池的负极材料为含碳材料、硅、硅碳、硅氧、铁酸盐、氮化物和合金材料中的至少一种。本专利技术的有益效果如下：1、本专利技术中使用的烷基含硫含氧氟代磷酸锂相比于传统锂盐，在低温下更容易在溶剂体系中溶解，与溶剂体系具有更好的兼容性，不会因为温度过低而导致锂盐析出，能够保证在-50℃超低温环境下具有较高的离子电导率。2、本专利技术中使用的烷基含硫含氧氟代磷酸锂可以在负极表面形成低阻抗的稳定SEI膜，有利于低温条件下锂离子的快速嵌入和脱出，有效的解决了由于温度过低而导致的负极析锂问题，能够在超低温环境中表现出更优异的低温放电和循环性能。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术的技术方案进行详细说明。实施例1电解液的制备：在充满氩气的手套箱(水分＜0.1ppm，氧分＜0.1ppm)中，取占电解液总质量85％的碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、丙酸乙酯有机混合溶液，碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、丙酸乙酯质量比1:3:3:3；然后向混合溶液中加入占电解液总质量1％的添加剂碳酸亚乙烯酯和氟代碳酸乙烯酯，碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯质量比1:1,最后向混合溶液中缓慢加入占电解液总质量14％的烷基含硫含氧氟代磷酸锂(a)，搅拌均匀后得到本专利技术实施例1的锂离子电池电解液。使用本实施例的电解液制备锂离子电池：正极材料的制备：混合重量百分含量95％的NCM111，重量百分含量3％的CNT(碳纳米管)以及重量百分含量2％的PVDF(粘结剂)，并加入N-甲基吡咯烷酮制成浆料，将浆料涂布在铝箔上，干燥后辊压，得到正极材料。负极材料的制备：混合重量百分含量80％的人造石墨，重量百分含量15％的天然石墨，重量百分含量5％的SBR(粘结剂)，并向其中加入去离子水，然后将浆料涂布在铜箔上，干燥后辊压，得到负极材料。将上述正负极材料制备成2580160的方型电池(长宽高分别为160mm、80mm、25mm),其中正极材料压实密度3.3g/cm3,面密度175g/cm2(单面),负极材料压实密度1.5g/cm3，面密度105g/cm2(单面)。实施例2电解液的制备：在充满氩气的手套箱(水分＜0.1ppm，氧分＜0.1ppm)中，取占电解液总质量85％的碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、丙酸乙酯有机混合溶液，碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、丙酸乙酯质量比1:3:3:3；然后向混合溶液中加入占电解液总质量1％的添加剂碳酸亚乙烯酯和氟代碳酸乙烯酯，碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯质量比1:1，最后向混合溶液中缓慢加入占电解液总质量14％的烷基含硫含氧氟代磷酸锂(b)，搅拌均匀后得到本专利技术实施例2的锂离子电池电解液。使用本实施例的电解液制备锂离子电池，制备方法同实施例一。实施例3电解液制备：在充满氩气的手套箱(水分＜0.1ppm，氧分＜0.1ppm)中，取占电解液总质量85％的碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、丙酸乙酯有机混合溶液，碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、丙酸乙酯质量比1:3:3:3；然后向混合溶液中加入占电解液总质量1％的添加剂碳酸亚乙烯酯和氟代碳酸乙烯酯，碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯质量比1:1，最后向混合溶液中缓慢加入占电解液总质量14％的烷基含硫含氧氟代磷酸锂(c)，搅拌均匀后得到本专利技术实施例3的锂离子电池电解液。使用本实施例的电解液制备锂离子电池，制备方法同实施例一。实施例4电解液制备：在充满氩气的手套箱(水分＜0.1ppm，氧分＜0.1ppm)中，取占电解液总质量85％的碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、丙酸乙酯有机混合溶液，碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、丙酸乙酯质量比1:3:3:3；然后向混合溶液中加入占电解液总质量1％的添加剂碳酸亚乙烯酯和氟代碳酸乙烯酯，碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯质量比1:1，最后向混合溶液中缓慢加入占电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低温电解液，包括锂盐、有机溶剂以及添加剂，其特征在于：所述锂盐为烷基含硫含氧氟代磷酸锂，锂盐的结构为通式(I)或通式(Ⅱ)

【技术特征摘要】
1.一种低温电解液，包括锂盐、有机溶剂以及添加剂，其特征在于：所述锂盐为烷基含硫含氧氟代磷酸锂，锂盐的结构为通式(I)或通式(Ⅱ)其中，R1、R2、R3和R4各自独立的选自F或C1-5的烷基，且R1、R2、R3和R4中至少有一个F和一个C1-5的烷基。2.根据权利要求1所述的一种低温电解液，其特征在于：所述有机溶剂为有机碳酸酯、C1-20烷基醚、苯硫醚、羧酸酯、砜、腈、二腈、磷腈中的至少一种。3.根据权利要求2所述的一种低温电解液，其特征在于：所述有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、1,4-丁内酯、碳酸甲乙酯、二甲醚、苯硫醚、乙腈、戊二腈、环丁砜、五氟乙氧基环三磷腈、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丁酯、丁酸乙酯中的至少一种。4.根据权利要求1所述的一种低温电解液，其特征在于：所述添加剂为碳酸亚乙烯酯、乙烯基碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、硫酸乙烯酯、三...

【专利技术属性】
技术研发人员：张健，高田慧，梁大宇，崔伟，丁楚雄，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34