一种改善锂电池高低温性能的电解液添加剂及其制备方法、电解液及电化学装置制造方法及图纸

本申请公开了一种改善锂电池高低温性能的电解液添加剂及其制备方法、包含该电解液添加剂的电解液及电化学装置。其中，所述电解液添加剂由以下结构式所示：所述电解液添加剂能够相对提升包含其的锂电池在高温和低温下的放电容量保持率，以及在高温和低温下的循环容量保持率。环容量保持率。

【技术实现步骤摘要】
一种改善锂电池高低温性能的电解液添加剂及其制备方法、电解液及电化学装置


[0001]本申请涉及锂电池领域，更具体地，涉及一种改善锂电池高低温性能的电解液添加剂及其制备方法、包含该电解液添加剂的电解液及电化学装置。

技术介绍

[0002]锂电池是一种二次电池(可充电电池)，其主要依靠锂离子(Li
+
)在正极和负极之间移动来工作。在锂电池充电过程中，Li
+
从正极脱嵌，经由电解质嵌入负极，使得负极处于富锂状态，实现电能至化学能的转化，而放电过程则正好相反。
[0003]锂电池由于具有较高的工作电压、能量密度高、环境友好等优点，在3C消费电池、动力电池和储能电池等方面均有广泛的应用，例如，当前锂电池已然充分应用于手机等移动通讯设备、5G基站、二三轮电瓶车、船舶、乘用车、客车、大型储能电站等领域，并且在航空航天、国防军工等领域也有广阔的应用前景。然而，某些领域对锂电池的性能要求比较苛刻，如体现在高低温性能、循环性能和安全性能上，而电解液是决定这些性能的关键因素之一。因为，在锂电池中，电解液是唯一与正极、负极、隔膜都相接触的材料，其对电池的比容量、工作温度范围、循环效率及安全性能等都起着至关重要的作用。
[0004]目前商业化的锂电池大多采用石墨、中间相碳微球(MCMB)等碳材料或者氧化硅等硅材料作为电池负极，以LiCoO2、LiMn2O4、NCM、NCA、LiFePO4等材料作为电池正极，然后在正负极之间插入多孔聚乙烯PE、聚丙烯PP等材料制成的隔膜，最后灌注包含非水有机溶剂和电解质锂盐的混合溶液作为电解液来完成锂电池的制造。其中，商用电解液的电解质锂盐大部分采用六氟磷酸锂(LiPF6)，但是其在高温下不稳定，一般在达到60℃时就会开始分解，产生PF5等物质，这些物质会破坏负极SEI膜并影响正极活性材料，因此极大地制约了电池的高温性能。另外，在低温条件(如
‑
20℃)下，锂电池放电能力下降，放电量甚至不到常温放电量的70％，也制约了锂电池低温下的性能发挥。
[0005]目前正在研究寻求采用其它锂盐来替代六氟磷酸锂，如四氟硼酸锂(LiBF4)、二草酸硼酸锂(LiBOB)、二氟磷酸锂(LiF2PO2)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)、二氟草酸硼酸锂(LiODFB)和二氟双草酸磷酸锂(LiODFP)等在锂电池中的推广应用已见诸报道，然而这些锂盐也并不能明显地同时提升锂电池的高低温性能。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的不足，本申请提供一种改善锂电池高低温性能的电解液添加剂及其制备方法、电解液及电化学装置，所述电解液添加剂能够相对提升包含其的锂电池在高温和低温下的放电容量保持率，以及在高温和低温下的循环容量保持率。
[0007]为了实现上述目的，第一方面，本申请提供了一种改善锂电池高低温性能的电解液添加剂，其由以下结构式所示：
[0008][0009]第二方面，本申请提供了上述电解液添加剂的制备方法，其包括以下步骤：将摩尔比为1:(4.0～4.5)，优选为1:4.2的四氯硼酸锂(Li(BCl4))和三氟甲磺酸(HOSO2CF3)溶于二氯甲烷中，在0～10℃下搅拌反应6h～20h，然后将得到的混合液在35℃～50℃，优选40℃下旋蒸以除去二氯甲烷和副产物HCl等，得到所述电解液添加剂。
[0010]第三方面，本申请提供了一种锂电池电解液，其包含电解质锂盐、有机溶剂和根据上述第一方面所述的电解液添加剂或根据上述第一方面所述的制备方法制得的电解液添加剂。
[0011]结合第三方面，在一种可行的实施方式中，所述电解液添加剂在所述电解液中的浓度可以为0.2wt％～3.0wt％。
[0012]结合第三方面，在一种可行的实施方式中，所述电解质锂盐可以包括选自六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、二草酸硼酸锂(LiBOB)、二氟磷酸锂(LiF2PO2)、双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)、二氟草酸硼酸锂(LiODFB)和二氟双草酸磷酸锂(LiODFP)中的至少一种。
[0013]结合第三方面，在一种可行的实施方式中，所述电解质锂盐在所述电解液中的浓度可以为0.8mol/L～1.2mol/L。
[0014]结合第三方面，在一种可行的实施方式中，所述有机溶剂可以包括选自碳酸酯、羧酸酯和氟代羧酸酯中的至少一种。
[0015]所述碳酸酯可以包括选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸丁烯酯或碳酸甲丙酯中的至少一种。
[0016]所述羧酸酯可以包括选自甲酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙酸丙酯、丙酸丁酯、丁酸乙酯、甲酸甲酯或丙酸乙酯中的至少一种。
[0017]所述氟代羧酸酯可以包括选自氟代甲酸乙酯、氟代乙酸乙酯、氟代乙酸丙酯、氟代乙酸丁酯、氟代丙酸乙酯、氟代丙酸丙酯、氟代丙酸丁酯、氟代丁酸乙酯或氟代甲酸甲酯中的至少一种。
[0018]结合第三方面，在一种可行的实施方式中，所述电解液还可以包括成膜添加剂，所述成膜添加剂可以包括选自氟代碳酸乙烯酯(FEC)、1,3
‑
丙烷磺内酯(PS)、1,4
‑
丁烷磺内酯(BS)或碳酸亚乙烯酯(VC)中的至少一种。
[0019]在一种可行的实施方式中，所述成膜添加剂在所述电解液中的浓度可以为0.2wt％～4.0wt％。
[0020]第四方面，本申请提供了一种电化学装置，包括：
[0021]正极，包括正极集流体及设置在正极集流体表面的正极活性材料层；
[0022]负极，包括负极集流体及设置在负极集流体表面的负极活性材料层；
[0023]隔膜，设置于所述正极和所述负极之间；以及
[0024]电解液，其可以为根据本申请第三方面所述的锂电池电解液。
[0025]其中，所述电化学装置可以为锂电池。
[0026]结合第四方面，在一种可行的实施方式中，所述正极活性材料层可以包括正极活性材料、粘结剂和导电剂。
[0027]所述正极活性材料可以包括选自钴酸锂(LiCoO2)、镍钴锰三元材料(NCM)、镍钴铝三元材料(NCA)、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、锰酸锂中的至少一种。
[0028]结合第四方面，在一种可行的实施方式中，所述负极活性材料层可以包括负极活性材料、粘结剂和导电剂。
[0029]所述负极活性材料可以包括选自锂金属或锂金属合金化合物、碳材料、石墨材料、硅碳材料、硅材料或硅氧材料中的至少一种。
[0030]本申请还提供了一种电子装置，其包括根据本申请第四方面所述的电化学装置。
[0031]本申请提供的技术方案，相比于现有技术至少具有以下有益效果：
[0032]根据本申请的改善锂电池高低温性能的电解液添加剂能够相对提升包含其的锂电池在高温和低温下的放电容量保持率，以及在高温和低温下的循环容量保持率。与未添加上述添加剂的电解液本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改善锂电池高低温性能的电解液添加剂，其特征在于，所述电解液添加剂由以下结构式所示：2.一种根据权利要求1所述的电解液添加剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：将摩尔比为1:(4.0～4.5)的四氯硼酸锂和三氟甲磺酸溶于二氯甲烷中，然后向其中加入NaHCO3饱和溶液，在0～10℃下搅拌6h～20h，然后将得到的混合液在35℃～50℃旋蒸，得到所述电解液添加剂。3.一种锂电池电解液，其特征在于，所述电解液包含电解质锂盐、有机溶剂和根据权利要求1所述的电解液添加剂或根据权利要求2所述的制备方法制得的电解液添加剂。4.根据权利要求3所述的锂电池电解液，其特征在于，所述电解液添加剂在所述电解液中的浓度为0.2wt％～3.0wt％。5.根据权利要求3所述的锂电池电解液，其特征在于，所述电解质锂盐包括选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、二草酸硼酸锂、二氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、二氟草酸硼酸锂和二氟双草酸磷酸锂中的至少一种。6.根据权利要求3所述的锂电池电解液，其特征在于，所述电解质锂盐在所述电解液中的浓度为0.8mol/L～1.2mol/L。7.根据权利要求3所述的锂电池电解液，其特征在于，所述有机溶剂包括选自碳酸酯、羧酸酯和氟代羧酸酯中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊超杰，郭敏，
申请(专利权)人：厦门海辰新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：