一种多功能锂离子电池电极液及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于锂离子电池相关技术领域，其公开了一种多功能锂离子电池电解液及其制备方法与应用，有机溶剂包括低熔点碳酸酯基溶剂及低粘度碳酸酯基溶剂，低熔点碳酸酯基溶剂为碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯中的至少一种，低粘度溶剂为碳酸二甲酯；电解质盐包括二氟草酸硼酸锂、六氟磷酸锂、二氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂中的至少两种。本发明专利技术通过使用低熔点/低粘度碳酸酯溶剂以有效降低电解液凝固点与粘度，改善电解液在低温下的锂离子电导率；该电解液锂盐为混合盐，HOMO能级高，LUMO能级低，可在正负极界面优先分解提供更多无机组分界面相，稳定电极

【技术实现步骤摘要】
一种多功能锂离子电池电极液及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池相关
，更具体地，涉及一种多功能锂离子电池电解液及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]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等的应用，对电池的高温、低温及耐高电压性能有了更高的要求。然而，提高锂离子电池在高温、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，碳酸乙烯酯在高温下易分解产气劣化高温循环性能，且具有较高的熔点(36
‑
38℃)，导致电解液在低温下易凝固。因此电解液的优化成为改善锂离子电池高低温性能的研究重点之一。高镍三元材料LiNi
0.8
Mn
0.1
Co
0.1
O2(NMC811)有着出色的理论比容量在电动汽车领域有着广泛的应用，且充电截止电压从4.3V提高到4.7V，放电比容量会从200mAh/g升高到225mAh/g，这对提高电池的能量密度是非常重要的。但随着充电截止电压提高，会导致电极
‑
电解液界面副反应加剧，影响电池循环寿命。综上，急需一种高电压，宽温域多功能型电解液来匹配高镍三元正极，来改善高镍三元锂离子电池的在高温、低温、高电压下的循环稳定性，提升电池低温下放电比容量，及高温高压下循环寿命。
[0003]相关研究者已经做了一些研究，如CN 110994030 A公开了一种锂离子电池电解液，包括有机溶剂、锂盐和添加剂，所述添加剂包括氟代碳酸乙烯酯和选自丙烷磺酸吡啶盐、多巴胺、二氟草酸硼酸锂、二氟磷酸锂中的一种或两种以上。利用丙烷磺酸吡啶盐、多巴胺、二氟草酸硼酸锂和二氟磷酸锂协同作用替代传统的丙磺酸内酯，在改善电池高温存储和高温循环性能的同时，大幅度提高了低温放电容量，且不生成有害物质；同时采用乙酸乙酯提高电解液在低温条件下对电极材料及隔膜的浸润性。然而，该技术方案主要是解决硅碳负极界面以及较低电压下高温的问题，并没有涉及高压下正极高镍三元材料的界面、以及高压下电池高温性能衰减更为严重等问题。
[0004]又如CN 104124469 B公开了一种锂离子电池电解液，包括有机溶剂、锂盐和添加剂，所述有机溶剂的组成包括碳酸丙烯酯、链状羧酸酯和链状碳酸酯；所述添加剂选自碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、乙烯基碳酸亚乙烯酯、亚硫酸乙烯酯、乙烯基亚硫酸乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、硫酸二甲酯、硫酸丙烯酯中的至少一种；所述锂盐选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂中的至少一种。该技术方案主要应用添加剂改善石墨基负极材料，不涉及正极材料的高电压性能。
[0005]如CN 102315483 A公开了一种新型多功能电解液，由锂盐、新型共溶剂、功能化合物组成。功能化合物为熔点较低的磷酸酯类化合物，一方面可以进一步提高低温性能，另一方面其本身具有的阻燃特性能大大提高电池的安全性能。该技术方案主要解决负极界面高温产气问题，不涉及正极材料的高电压性能及低温性能。
[0006]综上所述，现有技术仍缺少一种耐高低温且耐高电压的多功能型锂离子电池电解液。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种多功能锂离子电池电解液及其制备方法与应用，所述电解液采用不含碳酸乙烯酯(EC)的低熔点/低粘度碳酸酯作为电解液溶剂，二氟草酸硼酸锂、六氟磷酸锂、二氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂中的两种及以上作为电解质盐；其中，低熔点/低粘度碳酸酯溶剂，可有效降低电解液凝固点与粘度，改善电解液在低温下的锂离子电导率，有利于锂离子电池在低温下容量的发挥，且本专利技术所述电解质锂盐为混合盐，HOMO能级高，LUMO能级低，可在正负极界面提供更多无机组分界面相，稳定电极
‑
电解液界面，提高高温及高电压下电池的循环稳定性。
[0008]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种所述电解液包括有机溶剂和电解质盐，所述有机溶剂包括低熔点碳酸酯基溶剂及低粘度碳酸酯基溶剂，所述低熔点碳酸酯基溶剂为碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯中的至少一种，所述低粘度溶剂为碳酸二甲酯；
[0009]所述电解质盐包括二氟草酸硼酸锂、六氟磷酸锂、二氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂中的至少两种。
[0010]进一步地，所述电解质盐为六氟磷酸锂、以及二氟草酸硼酸锂、二氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂中的至少一种的混合盐组成。
[0011]进一步地，所述电解质盐包括六氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂及二氟磷酸锂。
[0012]进一步地，所述电解质盐的浓度为0.5mol/L
‑
2.0mol/L。
[0013]进一步地，所述低熔点碳酸酯基溶剂为碳酸甲乙酯，所述电解质盐包括六氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂及二氟磷酸锂。
[0014]进一步地，所述低熔点碳酸酯基溶剂与所述低粘度碳酸酯基溶剂的体积比为70:30；二氟草酸硼酸锂的浓度为0.5M；六氟磷酸锂的浓度为0.3M；二氟磷酸锂的浓度为0.2M。
[0015]本专利技术提供了一种多功能锂离子电池电解液的制备方法，该制备方法是用于制备如上所述的多功能锂离子电池电解液的。
[0016]进一步地，该有机溶剂为无水有机溶剂，其是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。
[0017]本专利技术还提供了一种如上所述的多功能锂离子电池电解液在离子电池中的应用。
[0018]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，本专利技术提供的多功能锂离子电池电解液及其制备方法与应用主要具有以下有益效果：
[0019]1.电解质盐为混合盐，且HOMO能级高，LUMO能级低，可在正负极界面提供更多无机组分界面相，稳定电极
‑
电解液界面，提高了高温及高电压下电池的循环稳定性。
[0020]2.电解液通过使用的混合锂盐可以在正极形成稳定的含F、B、P等元素的无机组分界面相，且同时可在负极形成富含无机组分界面膜，可显著提升电池在高压(≥4.5V)、高温(45℃)下的循环稳定性。
[0021]3、本专利技术电解液组装的LiNi
0.8
Co
0.1
Mn
0.1
O2/Li电池在
‑
30℃的低温环境下，0.2C放电比容量为128mAh/g，而对比样(Baseline：LiPF6‑
EC/DEC)容量仅为30mAh/g。同时，在低熔点溶剂EMC：低粘度溶剂DMC＝70:30(体积比)，混合锂盐为二草酸硼酸锂0.5M、六氟磷酸锂0.3M、二氟磷酸锂0.2M时，容量保持率达到87％。
[0022]4.本专利技术提供的电解液的制备方法工艺简单、可操作性强，便于实际推广和大规
模应用，且得到了超过其他现有文献报道的技术效果，如高电压(4.7V)，高温(45℃)和低温(
‑
30℃)同时实现，且循环寿命较本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多功能锂离子电池电解液，其特征在于：所述电解液包括有机溶剂和电解质盐，所述有机溶剂包括低熔点碳酸酯基溶剂及低粘度碳酸酯基溶剂，所述低熔点碳酸酯基溶剂为碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯中的至少一种，所述低粘度溶剂为碳酸二甲酯；所述电解质盐包括二氟草酸硼酸锂、六氟磷酸锂、二氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂中的至少两种。2.如权利要求1所述的多功能锂离子电池电解液，其特征在于：所述电解质盐为六氟磷酸锂、以及二氟草酸硼酸锂、二氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂中的至少一种的混合盐组成。3.如权利要求2所述的多功能锂离子电池电解液，其特征在于：所述电解质盐包括六氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂及二氟磷酸锂。4.如权利要求1所述的多功能锂离子电池电解液，其特征在于：所述电解质盐的浓度为0.5mol/L
‑
2.0mol/L。5.如权利要求1所述的多功能锂离子电池电解液，...

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