一种改善锂离子电池低温性能的电解液及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种改善锂离子电池低温性能的电解液及其应用，属于锂离子电池电解液领域。该电解液是一种局部高浓度电解液，包含锂盐、有机溶剂和稀释剂。该电解液在电池首次充电过程中能够在电极表面形成一层坚韧的界面膜，提高电极材料在循环过程中的稳定性。同时该电解液具有较低的粘度和较小的接触角，有利于低温下充分浸润正负极和隔膜。此外，该电解液使用极性较小的溶剂，极大地削弱锂离子与溶剂分子之间的相互作用，从而加快锂离子在电极界面的去溶剂化过程，降低低温下电极的电荷传输阻抗，明显改善了锂离子电池在低温下的容量保持率和倍率性能。保持率和倍率性能。保持率和倍率性能。

【技术实现步骤摘要】
一种改善锂离子电池低温性能的电解液及其应用


[0001]本专利技术属于锂二次电池用电解液
，特别涉及一种改善锂离子电池低温性能的电解液及其应用。

技术介绍

[0002]随着移动数码设备和新能源汽车的快速发展，锂二次电池的应用与日俱增。多样化的应用场景对锂二次电池的耐候性提出了更高的要求，尤其要求锂二次电池能够在低温条件下良好地运行，如要求动力电池能够在
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30℃下正常充放电。此外，特殊的应用场合对电池的低温性能提出了更严苛的要求，如军工和太空应用要求电池能够在
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50℃下甚至更低的温度进行工作。然而，目前商业化的锂离子电池的工作温度范围较窄，在零下低温时其容量保持率大幅度降低，倍率性能较差，部分电池在
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30℃及更低的温度下已无法进行充电。较差的低温性能严重限制了锂离子电池在低温环境中的推广应用。目前商业化的碳酸酯电解液是限制锂二次电池低温性能的重要原因之一，其因粘度较大，所用有机溶剂(如EC碳酸乙烯酯)与锂离子之间的相互作用较强而导致低温下锂离子在电解液中的迁移较为困难，尤其在电极与电解液界面处的去溶剂化过程因能垒较高而难以发生。以上的不利因素导致了目前商业化的锂离子电池较差的低温性能，因此对电解液进行改性是提升锂二次电池的低温性能的有效手段之一。
[0003]目前改善电解液的低温性能的主要方法有：(1)使用多元溶剂或增加线性碳酸酯或羧酸酯的使用量，从而降低环状碳酸酯EC的含量。这一方法虽能一定程度改善锂离子电池在低温条件下的放电性能，但由于无法避免使用EC，并且EC还应保持不低的比例以维持循环稳定性，因此低温下电池的充电仍较为困难，同时
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30℃及以下的低温时，使用这一体系电解液的电池的整体性能仍较差。(2)使用添加剂，降低电极表面形成的界面膜的阻抗，促进低温下锂离子在界面膜中的传输。LiBF4、LiODFB、LiPO2F2等锂盐常被用于充当电解液的添加剂以降低界面膜的阻抗，此外也有一些有机的成膜剂具有类似作用。然而这一方法对电池的低温性能的改善十分有限。面对目前亟待解决的锂离子电池低温性能较差的难题，尤其是低温下的充电和
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30℃及以下的超低温环境中的循环，开发新体系的电解液显得十分关键。

技术实现思路

[0004]本专利技术为解决上述锂离子电池低温下存在容量大幅衰减，倍率性能差，无法充电等问题，提供一种有效改善锂离子电池低温性能并能使电池在超低温下循环的电解液及其应用。
[0005]为达到上述目标，本专利技术采用如下技术方案。
[0006]一种改善锂离子电池低温性能的电解液，是一种局部高浓度电解液，包含摩尔分数为5％
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35％的锂盐、5
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50％的有机溶剂和30％
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80％的稀释剂；所述稀释剂为不溶于锂盐的氟代醚、氟代烷烃或含卤素的烷烃衍生物。
[0007]优选的，所述锂盐为双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、双三氟磺酰亚胺锂(LiTFSI)、六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、双草酸硼酸锂(LiBOB)、二氟草酸硼酸锂(LiODFB)、二氟磷酸锂(LiPO2F2)中的一种或两种以上的组合。
[0008]优选的，所述有机溶剂为乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、四氢呋喃、2
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甲基四氢呋喃、1,3
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二氧戊环、1,4
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二氧六环、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、乙酸乙酯和氟代碳酸乙烯酯中的至少一种。
[0009]优选的，所述稀释剂为1,1,2,2
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四氟乙基
‑
2,2,3,3
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四氟丙基醚、1,1,2,3,3,3
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五氟丙基
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2,2,2
‑
三氟乙醚、2,2,2
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三氟乙基
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1,1,2,2
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四氟乙基醚、1,1,1,3,3,3
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六氟
‑2‑
甲氧基丙烷、2,2,2
‑
三氟乙醚和二氯甲烷中的至少一种。
[0010]进一步优选的，所述有机溶剂为乙二醇二甲醚、四氢呋喃、2
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甲基四氢呋喃和1,3
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二氧戊环中的一种以上。
[0011]进一步优选的，所述锂盐为双氟磺酰亚胺锂；所述有机溶剂为乙二醇二甲醚、2
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甲基四氢呋喃、四氢呋喃或乙二醇二甲醚和四氢呋喃的组合，所述稀释剂为1,1,2,2
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四氟乙基
‑
2,2,3,3
‑
四氟丙基醚。
[0012]优选的，所述锂盐与有机溶剂的摩尔比为1：(1～3)。
[0013]进一步优选的，所述锂盐与有机溶剂的摩尔比为1：(1.2～2.5)。
[0014]优选的，所述锂盐、有机溶剂、稀释剂的摩尔比为1：(1.2～2.5)：3。
[0015]优选的，按锂离子浓度计，在电解液中锂盐浓度为0.5
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2.5mol/L。
[0016]以上任一项所述的一种改善锂离子电池低温性能的电解液在制备锂离子电池中的应用。
[0017]优选的，所述锂离子电池以硅碳复合材料为负极材料。
[0018]优选的，所述锂离子电池以磷酸铁锂为正极材料。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0020]相比商业化电解液中使用的环状碳酸酯，本专利技术的电解液中使用的有机溶剂的极性大大降低，有效地削弱了锂离子与周围的溶剂化分子之间的相互作用，从而降低锂离子在电极/电解液界面去溶剂化的能垒，促进低温下锂离子在界面处的传输，使得锂离子电池能在
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50℃的低温下进行充放电。与此同时，稀释剂的加入大大降低了电解液整体的粘度，有利于电解液充分浸润正负极和隔膜，同时促进低温下锂离子在电解液中的快速迁移。
附图说明
[0021]图1是本专利技术中对比例1、实施例1、实施例2、实施例3的电解液在30℃，300mA/g电流密度下，硅碳复合负极在其中的循环曲线图和200次循环时的比容量保留率图。
[0022]图2是本专利技术中对比例1、实施例3的电解液在
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10℃，100mA/g电流密度下；
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30℃、100mA/g电流密度下；
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50℃，50mA/g电流密度下，硅碳复合负极的充放电曲线的对比图。
[0023]图3是本专利技术中对比例1、实施例3的电解液在
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10℃，0.1C下；
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30℃、0.1C下；
‑
50℃，0.05C下(1C＝160mAh/g)磷酸铁锂正极的充放电曲线的对比图。
具体实施方式
[0024]以下结合实例与附图对本专利技术的具体实施作进一步的说明，但本专利技术的实施方式
不限于此。实施例中的某些物质采本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改善锂离子电池低温性能的电解液，其特征在于，是一种局部高浓度电解液，包含摩尔分数为5％
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35％的锂盐、5
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50％的有机溶剂和30％
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80％的稀释剂；所述稀释剂为不溶于锂盐的氟代醚、氟代烷烃或含卤素的烷烃衍生物。2.如权利要求1所述的一种改善锂离子电池低温性能的电解液，其特征在于，所述锂盐为双氟磺酰亚胺锂、双三氟磺酰亚胺锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂和二氟磷酸锂中的一种或两种以上的组合；所述有机溶剂为乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、四氢呋喃、2
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甲基四氢呋喃、1,3
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二氧戊环、1,4
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二氧六环、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、乙酸乙酯和氟代碳酸乙烯酯中的至少一种；所述稀释剂为1,1,2,2
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四氟乙基
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2,2,3,3
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四氟丙基醚、1,1,2,3,3,3
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五氟丙基
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2,2,2
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三氟乙醚、2,2,2
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三氟乙基
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1,1,2,2
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四氟乙基醚、1,1,1,3,3,3
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六氟
‑2‑
甲氧基丙烷、2,2,2
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三氟乙醚和二氯甲烷中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱敏，陈金伟，胡仁宗，袁斌，曾美琴，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：