一种低温型锂离子电池电解液及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种低温型锂离子电池电解液及其制备方法和应用。本发明专利技术电解液包括电解质盐和有机溶剂，所述有机溶剂为线性碳酸酯、环状碳酸酯和γ

【技术实现步骤摘要】
一种低温型锂离子电池电解液及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种低温型锂离子电池电解液及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]在国内，随着LIBs应用范围的日渐扩大，特别是在电动车、航空航天和军工领域的应用，对电池的低温充放电性能有了更高的要求。然而，提高锂离子电池在低温下的能量存储性能和循环稳定性还存在很多技术性难题。其中，碳酸酯基商用电解液在低温下易凝固、阻抗高限制了锂离子电池在低温电动汽车领域的进一步应用。因此电解液的优化成为改善锂离子电池低温性能的研究热点之一。在众多正极材料当中，三元材料LiNi
x
Mn
y
Co
z
O2(NMC)有着出色的理论比容量(270mAh/g)，高镍三元正极NMC811(x≈0.8)更是具有出众的可逆容量，优异的倍率性能及令人满意的电导率(约2.8
×
10
‑5S/cm)及锂离子迁移率(约10
‑8‑
10
‑9cm2/s)，从而成为当前商用电动汽车的首选正极材料之一。因此，针对富镍三元作为锂离子正极，对其适配性低温电解液进行改性研究，具有一定的市场前景。
[0003]CN103107364A公开了低温型锂离子电池电解液，具体公开了由六氟磷酸锂LiPF6和混合溶剂组成，六氟磷酸锂LiPF6的浓度为0.8～1.5mol/l，所述混合溶剂由以下重量百分含量的组分组成：20％～40％的碳酸乙烯酯EC、5％～30％的碳酸甲乙烯酯EMC、30％～50％的乙酸甲酯MA、0.5％～5％的碳酸亚乙烯酯VC。该技术方案通过在基本溶剂碳酸乙烯酯EC中加入低熔点的有机溶剂碳酸甲乙烯酯EMC和乙酸甲酯MA以及成膜添加剂碳酸亚乙烯酯VC，使锂离子电池的低温性能得到了改善，提高了锂离子电池在低温条件下的电化学性能，但锂离子的耐低温能力还存在改善空间。
[0004]CN109888391A公开了一种添加吡咯硅基衍生物的低温型电解液，由非水有机溶剂、锂盐、低温添加剂和其它功能添加剂组成，该技术方案在电解液中添加了结构式I的吡咯硅基衍生物，该种低温添加剂对电解液的低温性能有着显著改善作用，其中硅氧基和电解液中的HF和水反应，降低电解液中的酸度和水分，提高电解液的纯度；电解液和电极界面处发生吡咯和不饱和键聚合以及硅氧基吸附形成保护膜，它们的协同作用提高了界面的锂离子传导速率和降低界面阻抗。
[0005]综述所述，现有技术人仍缺乏一种耐低温性能优异的锂离子电池电解液。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种γ
‑
丁内酯作为共溶剂，搭配二氟草酸硼酸锂的电解液，其中，二氟草酸硼酸锂可优先少量分解形成正极
‑
电解液界面膜，可解决在高充电状态下高镍三元与电解液的界面问题，γ
‑
丁内酯具有较低的熔点，可提高共溶剂在低温下的离子电导率，从而提高锂离子电池在低温条件下的放电比容量及容量保持率。本专利技术的详细技术方案如下所述。
[0007]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种锂离子电池电解液,包括电
解质盐和有机溶剂，所述有机溶剂为线性碳酸酯、环状碳酸酯和γ
‑
丁内酯。
[0008]作为优选，所述γ
‑
丁内酯所占溶剂体积比为5％以上。
[0009]作为优选，所述锂盐HOMO能级高于所述有机溶剂，能在充电过程中在正极表面优先分解，所述电解质盐为二氟草酸硼酸锂或六氟磷酸锂。
[0010]作为优选，所述电解质盐为二氟草酸硼酸锂。
[0011]作为优选，所述二氟草酸硼酸锂浓度为0.8
‑
1.5mol/L。
[0012]作为优选，所述线型碳酸酯为碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯中的一种或多种，所述环状碳酸酯为碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯。
[0013]作为优选，所述线型碳酸酯和环状碳酸酯的体积比为(4
‑
7):(6
‑
3)。
[0014]按照本专利技术的另一方面，提供了一种锂离子电池电解液的制备方法，将无水有机溶剂中加入电解质盐搅拌均匀即可获得前面所述的电解液。
[0015]作为优选，所述无水有机溶剂是将有机溶剂加入除水剂，静置2
‑
4天制备而成，所述除水剂为分子筛，型号为和型中的任意一种。
[0016]按照本专利技术的另一方面，提供了一种所述的电解液在锂离子电池中应用。
[0017]本专利技术选取了γ
‑
丁内酯，熔点较低，能改善电解液低温下的离子电导率，从而改善电池低温性能。且对二氟草酸硼酸锂溶解度较高，可溶解适量浓度的二氟草酸硼酸锂作为电解质盐，二氟草酸硼酸锂HOMO能级较高，能在首次充电过程中优先在正极
‑
电解液界面处发生分解，形成无机组分含量较多的界面膜。
[0018]HOMO是分子的最高占据轨道，HOMO能级越高，该物质越易失去电子。对电解液而言，HOMO能级可以用来判断各组分在充电过程中的分解顺序，HOMO能级越高的组分，意味着越容易氧化形成正极电解液界面膜，从而阻止后续充放电过程中其他组分与电解液的直接接触，抑制界面副反应。
[0019]本专利技术所述溶剂为环状碳酸酯+线性碳酸酯+γ
‑
丁内酯。本专利技术所述γ
‑
丁内酯熔点较低(
‑
45℃)，能降低共溶剂的熔点，提高低温下电解液的离子电导率，且提高对锂盐(LiDFOB)的溶解度。LiDFOB的HOMO能级较高，能优先在富镍正极表面分解成膜，改善高镍正极
‑
电解液界面稳定性。综上，本专利技术所述电解液可改善低温下(
‑
30℃)锂离子电池的放电比容量及容量保持率。
[0020]第一，能够γ
‑
丁内酯具有低的熔点，可改善碳酸酯共溶剂的低温锂离子电导率，有利于锂离子电池在低温下容量的发挥，且γ
‑
丁内酯的加入有利于二氟草酸硼酸锂的溶解。
[0021]第二，可以在正极形成稳定的含F、B、O等元素的无机组分界面相，可显著提升电池在低温(
‑
30℃)下的循环稳定性。
[0022]本专利技术电解液组装的NCM811/Li电池能够在
‑
30℃的低温环境下，0.5C放电比容量为50mAh/g，且能稳定循环200次以上容量不衰减，而对比样(Baseline：LiPF6‑
EC/DEC)基本没有容量。并且，γ
‑
丁内酯价格低廉，具有广阔的市场使用前景。
[0023]综述所述，本专利技术的有益效果有：
[0024](1)本专利技术电解液通过使用γ
‑
丁内酯，可改善碳酸酯共溶剂的低温锂离子电导率，有利于锂离子电池在低温下容量的发挥，且γ
‑
丁内酯的加入有利于二氟草酸硼酸锂的溶解。
[0025](本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池电解液，其特征在于，包括电解质盐和有机溶剂，所述有机溶剂为线性碳酸酯、环状碳酸酯和γ
‑
丁内酯。2.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述γ
‑
丁内酯所占溶剂体积比为5％以上。3.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液,其特征在于，所述电解质盐的HOMO能级高于所述有机溶剂，能在充电过程中在正极表面优先分解，所述电解质盐为二氟草酸硼酸锂或六氟磷酸锂。4.根据权利要求3所述的锂离子电池电解液,其特征在于，所述电解质盐为二氟草酸硼酸锂。5.根据权利要求4所述的锂离子电池电解液,其特征在于，所述二氟草酸硼酸锂浓度为0.8
‑
1.5mol/L。6.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液,其特征在于：所述线型碳酸酯...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁斌，程方圆，谭学军，方淳，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：