一种低温电解液及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种低温电解液及其应用，该低温电解液包括锂盐、溶剂和添加剂，所述溶剂采用混合溶剂。所述混合溶剂按体积分数由40～90％的环状醚类溶剂和10～35％的碳酸酯类溶剂组成，所述锂盐的浓度为0.5～5.0mol/L，所述添加剂占电解液的1～3wt％。本发明专利技术与传统电解液相比，具有良好的低温导电性和低温性能，可在

【技术实现步骤摘要】
一种低温电解液及其应用


[0001]本专利技术属于低温锂离子电池
，具体涉及一种低温电解液及其应用。

技术介绍

[0002]随着人类对传统化石能源的不断利用，全球变暖的环境问题变得越来越尖锐，减少对化石能源的依赖，变成了人类的新挑战。在诸多新型能源之中，锂离子电池以其高电压、高容量、自放电率低、循环性能好等优势而备受关注，在储能、民用设备、动力电池等领域均有广泛应用。
[0003]在航空航天、极地科考、电动汽车等存在低温条件的领域，锂离子电池的应用备受关注。然而，在低温下锂离子电池会发生电解液固化、放电性能恶化、无法进行充电等问题。在
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30℃下，商用锂离子电池的容量只有常温下的30％左右，极大低影响了锂离子电池的低温使用。因此，提升锂离子的低温是当下亟需解决的问题。
[0004]醚类溶剂具有低熔点、低粘度和溶解性强的优点，但是因为室温条件下醚类电解液电池充放电性能不理想，循环性能差，因此在传统电解液中无法大量使用醚类溶剂作为电解液的主溶剂。
[0005]为了设计出合适的电池，人们进行了各方面研究，总结出影响电池低温性能因素的有以下几点：1.粘度增大，导致电导率降低；2.电解液与负极、隔膜间兼容性变差；3.锂离子的溶剂化效应；4.电荷转移阻抗(Rct)显著增大等等。从电池的各组分低温性能研究进展来看，电解液是现阶段实现低温充放电下最有效和最经济的方法，开发具有高介电常数、低熔点、低粘度和低溶剂化能的低温电解液是改善低温电池性能的重要方向。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种低温电解液及其应用，解决了上述
技术介绍
中的问题。
[0007]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案之一是：提供了一种低温电解液，包括锂盐和溶剂，所述溶剂采用混合溶剂；
[0008]所述混合溶剂按体积分数由40～90％的环状醚类溶剂和10～35％的碳酸酯类溶剂组成；所述环状醚类溶剂为环氧乙烷、环氧丙烷、甲基环氧丙烷、1，1，1
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三氟
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2，3
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环氧丙烷、环氧丁烷、四氢呋喃、2
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氯四氢呋喃、3
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溴四氢呋喃、2
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甲基四氢呋喃、3
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羟基四氢呋喃、3
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四氢呋喃甲醇、3
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四氢呋喃甲酸、2
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氯甲基四氢呋喃、1,3
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二氧戊烷、1,4
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二氧六环中的至少一种；所述碳酸酯类溶剂包括环状碳酸酯和链状碳酸酯。
[0009]在本专利技术一较佳实施例中，所述环状碳酸酯包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、γ
‑
丁内酯。所述链状碳酸酯包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯。
[0010]在本专利技术一较佳实施例中，所述锂盐的浓度为0.5～5.0mol/L。所述锂盐为双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双(五氟乙基磺酰基)亚氨基锂、双氟磺酰亚胺锂、双草酸硼酸锂、醋酸锂、三氟醋酸锂、氟烷基磷酸锂、六氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、六氟合
砷酸锂、氟化锂中的至少一种。
[0011]在本专利技术一较佳实施例中，所述添加剂占电解液的1～3wt％。所述添加剂为碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、1，3
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丙磺酸内酯、丁二酸二甲酯、亚硫酸二甲酯、亚硫酸二乙酯、丁磺酸内酯中至少一种。
[0012]本专利技术还提供了：一种环状醚类溶剂在低温电解液中的应用，将环状醚类溶剂作为主溶剂，所述环状醚类溶剂的体积分数为40～90％，所述低温电解液的使用环境为
‑
70～25℃。
[0013]本专利技术还提供了上述的一种低温电解液在低温电池中的应用，使用环境为
‑
70～25℃。
[0014]本专利技术还提供了一种低温电池，包括正极、负极、电解液和隔膜，所述电解液为上述的低温电解液。
[0015]本技术方案与
技术介绍
相比，它具有如下优点：
[0016]1.本专利技术充分考虑了醚类溶剂具有低熔点、低粘度和溶解性强的优点，通过调控锂盐和添加剂的辅助，发挥环状醚类溶剂电子结构比较分散和环状醚类溶剂分子与阳离子(锂离子)具有较低的结合能的特点，在低温电池充放电过程容易去溶剂化而改善电池低温性能，解决了传统电解液中无法大量使用醚类溶剂的问题；
[0017]2.本专利技术的环状醚类溶剂与锂金属相容性好，其循环效率普遍达到90％以上，碳酸酯类共溶剂电导率高，溶解性好，可以促进锂盐的溶解，从而克服了单独使用锂盐(如六氟磷酸锂)缺乏温度稳定性的缺点；
[0018]3.本专利技术添加剂的引入有利于在电极表面形成致密的固体电解液界面膜(SEI)，促进电子的传导，提高电池的稳定性。
附图说明
[0019]图1为实施例1与对比例1低温下电解液状态对比：
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40℃下对比例1电解液(左)，
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80℃下实施例1电解液(右)；
[0020]图2为不同温度下实施例2和对比例1电解液电导率对比；
[0021]图3为不同电解液与隔膜接触角测试：对比例1(左)，实施例1(右)；
[0022]图4为Li/LMO电池的常温(25℃)和低温(
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70℃)放电性能；
[0023]图5为Li/LMO电池的低温循环曲线(
‑
40℃，0.1C)；
[0024]图6为LTO/LMO全电池常温和低温放电图；
[0025]图7为含有(左)和不含(右)添加剂的锂金属形貌对照；
[0026]图8为含有(左)和不含(右)添加剂的锂金属负极F谱的XPS对照图。
[0027]图9为不容含量环醚类溶剂在低温(
‑
70℃，0.1C)下的放电曲线图。
具体实施方式
[0028]实施例1
[0029]在无水无氧条件下，以四氢呋喃为主溶剂，碳酸乙烯酯为共溶剂，两者体积比为85：15，2％质量分数的碳酸亚乙烯酯作为添加剂，将双(三氟甲基磺酰)亚胺锂按照1mol/L的摩尔浓度溶解于其中，得到低温电解液。
[0030]对比例1
[0031]在无水无氧条件下，以碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯按1：1体积比混合，将六氟磷酸锂按照1mol/L的摩尔浓度溶解于其中，得到常规电解液。
[0032]实施例2
[0033]在无水无氧条件下，以四氢呋喃为主溶剂，碳酸丙烯酯为共溶剂，两者体积比为80：20，2％质量分数的碳酸亚乙烯酯作为添加剂，将四氟硼酸锂按照1mol/L的摩尔浓度溶解于其中，得到低温电解液。
[0034]实施例3
[0035]在无水无氧条件下，以2
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甲基四氢呋喃为主溶剂，碳酸乙烯酯为共溶剂，两者体积比为90：10，2％质量分数的碳酸亚乙烯酯作为添加剂，将六氟磷酸锂按照2mol/L的摩尔浓度溶解于其中，得到低温电解本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低温电解液，包括锂盐和溶剂，其特征在于：所述溶剂采用混合溶剂；所述混合溶剂按体积分数由40～90％的环状醚类溶剂和10～35％的碳酸酯类溶剂组成；所述环状醚类溶剂为环氧乙烷、环氧丙烷、甲基环氧丙烷、1，1，1
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三氟
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2，3
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环氧丙烷、环氧丁烷、四氢呋喃、2
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氯四氢呋喃、3
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溴四氢呋喃、2
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甲基四氢呋喃、3
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羟基四氢呋喃、3
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四氢呋喃甲醇、3
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四氢呋喃甲酸、2
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氯甲基四氢呋喃、1,3
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二氧戊烷、1,4
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二氧六环中的至少一种；所述碳酸酯类溶剂包括环状碳酸酯和链状碳酸酯。2.根据权利要求1所述的一种低温电解液，其特征在于：所述环状碳酸酯包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、γ
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丁内酯。3.根据权利要求1所述的一种低温电解液，其特征在于：所述链状碳酸酯包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯。4.根据权利要求1所述的一种低...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵金保，赖鹏斌，张鹏，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：