一种锂电池低温非燃电解液及其应用制造技术

本发明专利技术提供了一种锂电池低温非燃电解液，包括有机溶剂、锂盐和添加剂，其特征在于，所述有机溶剂包括溶剂A，溶剂B和溶剂C，所述溶剂A为具有较高介电常数，给体数适中且凝固点较低的溶剂，所述溶剂B为具有本征不燃性质的溶剂，所述溶剂C为与锂离子具有较高亲和力的低凝固点低粘度的链状溶剂，所述添加剂为成膜添加剂。本发明专利技术所涉及的锂电池低温非燃电解液与石墨/硅碳/金属锂负极的电化学兼容性好、低温电导率高、锂离子脱溶剂化能垒低，且具有阻燃性能，可大幅改善锂离子电池的低温适用性，并从根本上解决电池的安全隐患。根本上解决电池的安全隐患。根本上解决电池的安全隐患。

【技术实现步骤摘要】
一种锂电池低温非燃电解液及其应用


[0001]本专利技术涉及一种锂电池电解液，具体涉及一种锂电池低温非燃电解液及其应用。

技术介绍

[0002]锂电池因其高输出电压，高能量密度，长循环寿命和零自放电等优势成为当前最先进的化学电源体系，并占据了便携式电子产品电源和电动汽车电源的主要市场，并逐渐向电力储能领域渗透。然而，锂电池仍然存在两个亟待解决的难题。第一是本征安全性不高，这主要是因为锂电池电解液使用低闪点、低沸点的链状碳酸酯溶剂，导致其安全性严重劣化。同时为了进一步追求高能量密度，电池均采用高容量电极材料(高镍型三元正极、高压钴酸锂正极、硅碳负极、锂负极等)，这些材料热稳定性差，导致电池的安全隐患进一步加剧。第二是低温性能不佳，主要源于电解液中碳酸乙烯酯(EC)的使用。尽管EC有助于负极表面SEI膜的形成，但是其凝固点高达36.4℃，低温下电解液的粘度显著增加、电导率急速下降，导致电池无法正常工作。
[0003]碳酸丙烯酯(PC)，磷酸三甲酯(TMP)等溶剂具有介电常数较高、成本低廉以及凝固点低等特性，但是其与常规的电池负极(石墨负极、硅碳负极)完全不兼容，放电时存在严重的共嵌入现象。尽管已有研究证实可通过高浓度电解液或高摩尔比电解液的设计有效提高PC与上述负极的电化学兼容性，但同时所带来的高粘度和高成本等问题使得此类电解液难以规模化应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种锂电池低温非燃电解液及其应用。
[0005]本专利技术提供如下技术方案：
[0006]本专利技术提供一种锂电池低温非燃电解液，包括有机溶剂、锂盐和添加剂，所述溶剂A为具有较高介电常数，给体数适中且凝固点较低的溶剂，所述溶剂B为具有本征不燃性质的溶剂，所述溶剂C为与锂离子具有较高亲和力的的低凝固点低粘度的链状溶剂，所述添加剂为成膜添加剂。
[0007]具有高介电常数的溶剂A有很好的锂盐溶解度，可以为电解液提供常温/低温下的高电导率，同时适中的给体数也使得锂离子与溶剂A间的结合能较低，有利于改善锂离子低温下的动力学性能；溶剂B具有本征不燃的性质，能够有效提高电解液和电池的安全性；而溶剂C由于具有低凝固点低粘度的性质，可以有效改善电解液本身的粘度和电导率，同时引入C后可以有效提高锂离子的脱溶剂化速度，优化了负极的界面性质，改善了锂离子的扩散动力学，有效提高了负极的循环稳定性。所获得的A
‑
B
‑
C三元电解液在较宽的液态范围内具有很好的离子电导率，同时可以有效提高电池的本征安全性，也赋予了电池在极低温下(＜
‑
40℃)放电的能力。
[0008]进一步地，所述溶剂A的含量占电解液总质量的10％～30％，所述溶剂B的含量占
电解液总质量的20％～50％，所述溶剂C的含量占电解液总质量的10％～50％，锂盐的含量占电解液总质量的5％～20％，添加剂的含量电解液总质量的0.1％～5％。
[0009]进一步地，所述溶剂A为碳酸丙烯酯、磷酸三甲酯、N,N
‑
二甲基甲酰胺，乙二醇二甲醚中的一种或多种。
[0010]进一步地，所述溶剂B为乙氧基五氟环三磷腈、苯氧基五氟环三磷腈、六甲基环三磷腈、磷酸三丁酯、磷酸三戊酯、磷酸三己酯、磷酸三辛酯、磷酸三苯酯、磷酸三甲苯酯、三(2，2，2
‑
三氟乙基)磷酸酯中的一种或多种。
[0011]进一步地，所述溶剂C为碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、2，2，2
‑
三氟乙基甲基碳酸酯、甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、二氟乙酸乙酯、二氟氯乙酸乙酯、二氟溴乙酸乙酯、2
‑
硝基乙酸乙酯中的一种或多种。
[0012]进一步地，所述锂盐为六氟磷酸锂、二草酸硼酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、高氯酸锂、二氟草酸硼酸锂、硝酸锂和三氟甲磺酸锂中的一种或多种。
[0013]进一步地，所述添加剂为氟代碳酸乙烯酯、1，2
‑
二氟代碳酸乙烯酯、硫酸乙烯酯、4
‑
甲基硫酸乙烯酯、4
‑
乙基硫酸乙烯酯、1，3
‑
二氧杂环戊烯
‑2‑
酮、二氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双乙二酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂中的一种或多种。
[0014]本专利技术还提供一种低温高安全性锂电池，包括正极、负极和上述非燃电解液。
[0015]进一步地，所述正极活性物质为LiFePO4、LiCoO2、LiNi
0.8
Co
0.15
Al
0.05
O2、LiNi
0.5～0.9
Co
0.05～0.2
Mn
0.05～0.3
O2中的一种或多种；所述负极为石墨、硅碳负极、锂金属中的一种或多种。
[0016]本专利技术具有以下有益效果：
[0017]1、本专利技术通过三种功能型溶剂的最佳搭配，实现了一种具有较宽液态范围且离子电导率出众的电解液体系；
[0018]2、本专利技术制备的锂电池电解液可以有效提高电池的本征安全性，也赋予了电池在低温下(＜
‑
40℃)放电的能力
[0019]3、本专利技术设计的锂电池电解液成分简单、稳定可调、成本低廉，可大规模推广应用。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0021]图1为本专利技术中使用实施例1
‑
3电解液的石墨半电池的首周充放电曲线(电流密度25mA g
‑1)；
[0022]图2为本专利技术中实施例1和实施例3电解液的电池的循环性能测试结果图；
[0023]图3为本专利技术中实施例1、实施例3和对比例1电解液在不同温度下电导率的测试结果图；
[0024]图4是浸润了对比例1和实施例4的玻纤隔膜的点燃测试结果图；
[0025]图5为本专利技术中使用实施例4电解液的Li||LiNi
0.8
Mn
0.1
Co
0.1
O2锂电池的循环性能
测试结果图；
[0026]图6为本专利技术中使用实施例5电解液的Li||LiFePO4锂电池的循环性能测试结果图；
[0027]图7为本专利技术中使用实施例3电解液的4Ah石墨||LiNi
0.8
Mn
0.1
Co
0.1
O2软包电池在0.5C/1C(1C＝4A)的电流密度下的循环性能测试结果图；
[0028]图8为本专利技术中使用对比例1和实施例3电解液的4Ah石墨||LiNi
0.8
Mn
0.1
Co...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂电池低温非燃电解液，包括有机溶剂、锂盐和添加剂，其特征在于，所述有机溶剂包括溶剂A，溶剂B和溶剂C，所述溶剂A为具有较高介电常数，给体数适中且凝固点较低的溶剂，所述溶剂B为具有本征不燃性质的溶剂，所述溶剂C为与锂离子具有较高亲和力的低凝固点低粘度的链状溶剂，所述添加剂为成膜添加剂。2.如权利要求1所述的锂电池低温非燃电解液，其特征在于：所述溶剂A的含量占电解液总质量的10％～30％，所述溶剂B的含量占电解液总质量的20％～50％，所述溶剂C的含量占电解液总质量的10％～50％，锂盐的含量占电解液总质量的5％～20％，添加剂的含量电解液总质量的0.1％～5％。3.如权利要求1所述的锂电池低温非燃电解液，其特征在于：所述溶剂A为碳酸丙烯酯、磷酸三甲酯、N,N
‑
二甲基甲酰胺，乙二醇二甲醚中的一种或多种。4.如权利要求1所述的锂电池低温非燃电解液，其特征在于：所述溶剂B为乙氧基五氟环三磷腈、苯氧基五氟环三磷腈、六甲基环三磷腈、磷酸三丁酯、磷酸三戊酯、磷酸三己酯、磷酸三辛酯、磷酸三苯酯、磷酸三甲苯酯、三(2，2，2
‑
三氟乙基)磷酸酯中的一种或多种。5.如权利要求1所述的锂电池低温非燃电解液，其特征在于：所述溶剂C为碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、2，2，2
‑
三氟乙基甲基碳酸酯、甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、二氟乙酸乙酯、二氟氯乙酸乙酯、二氟溴...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈重学，陈龙，艾新平，饶若晖，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：