一种高低温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电解液技术领域，具体涉及一种高低温电解液及其制备方法和应用。本发明专利技术提供的高低温电解液的原料包括碳酸酯溶剂、添加剂以及电解质锂盐；其中碳酸酯溶剂为环状碳酸酯和链状碳酸酯的混合溶剂，添加剂中包括离子液体添加剂。在该高低温电解液中，离子液体添加剂能够显著提高所得电解液的高低温性能，并降低碳酸酯溶剂易燃易爆的风险；添加剂中的其他成分的配合，能够进一步提高电池的高低温性能。该高低温电解液的制备方法操作简单，易于在实验室或商业化生产规模设备上实现。以该高低温电解液制成的锂离子电池具有较高的放电容量和更长的循环寿命，且在高温和低温下的电化学性能均良好。低温下的电化学性能均良好。低温下的电化学性能均良好。

【技术实现步骤摘要】
一种高低温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电解液
，具体涉及一种高低温电解液及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有比能高、使用寿命长、无记忆效应等优点，已广泛应用于手机、无人机、电网存储、电动汽车、航空航天、海底作业等领域。随着应用领域的不断拓展，锂离子电池的性能也需要不断提升，以使其适用于越来越多的恶劣条件，如高温或低温。一些应用领域要求锂离子电池须兼顾高低温性能，例如电动汽车、航空航天领域电子设备，均需要长时间经受夏季的暴晒和冬季的寒冷。因此，解决锂离子电池在高低温条件下的存储能力和安全稳定性，对于保证锂离子电池在生产生活中的进一步推广至关重要。电解液是锂离子电池的“血液”，是影响电池性能的重要方面。
[0003]目前常规的锂离子电池电解液在高温循环保持率可以达到要求，阻抗增长不明显，而在低温条件下，放电容量降低非常明显，基本只能进行低倍率充放电。因此大多锂离子电池只适用于在
‑
25℃~45℃工作。
[0004]从安全性的角度出发，离子液体具有饱和蒸汽压低、电化学窗口宽、热稳定性好、不易燃等优势。但是，在实际应用中，离子液体普遍存在着黏度大、流动性较差、离子电导率低且隔膜浸润性差，熔点高，成本高等问题，严重影响了它们在低温条件下的性能，往往只能应用于室温及高温锂电池体系中，并且由于离子液体本身具有较高的黏度，循环过程中容量衰减比较快，尤其是在高倍率情况下，所以此类电解液体系的倍率性能和低温性能都比较差。有研究人员将离子液体和传统的碳酸酯溶剂混合，以综合离子液体和碳酸酯溶剂各自的优点，但其首次库伦效率、可逆容量和循环容量的保持率并不理想。

技术实现思路

[0005]针对以上技术问题，本专利技术提供一种高低温电解液及其制备方法和应用。本专利技术提供的高低温电解液具有良好的耐高温和耐低温性能，且安全性和稳定性良好。
[0006]为达到上述专利技术目的，本专利技术实施例采用了如下技术方案：本专利技术第一方面提供了一种高低温电解液，其原料包括碳酸酯溶剂、添加剂以及电解质锂盐；其中，所述碳酸酯溶剂为环状碳酸酯和链状碳酸酯的混合溶剂；所述添加剂包括丙酸乙酯和γ
‑
丁内酯中的至少一种，亚硫酸丙烯酯（PS）和氟代碳酸乙烯酯（FEC）中的至少一种，以及离子液体添加剂，所述离子液体添加剂包括马来酸根烷基咪唑类离子液体和哌啶类离子液体。
[0007]本专利技术以环状碳酸酯和链状碳酸酯的混合溶剂作为电解液的主要成分，添加剂中的离子液体能够提升上述碳酸酯溶剂的安全性和稳定性，降低了碳酸酯溶剂易燃易爆的风险；更为重要的是，本专利技术通过研究发现，将马来酸根烷基咪唑类离子液体和哌啶类离子液体合用，不仅与电极的相容性较好，而且不会增加该电解液的黏度，不会降低其电导率和循
环稳定性，还能显著提高所得电解液的高低温性能。
[0008]在该电解质体系中，丙酸乙酯的添加有助于提高电池的低温性能，但是对高温性能会产生不利影响；γ
‑
丁内酯的添加有助于提高电池的常温放电容量，但不能提升低温条件下的容量保持率。本申请通过将丙酸乙酯和γ
‑
丁内酯中的至少一种与PS和FEC中的至少一种合用，能够使石墨负极表面的SEI膜更平滑、致密、稳定，从而减小电池的阻抗，提高电池的高低温性能。其中FEC还能够降低电解液黏度，有助于进一步提高电池在低温下的放电容量和低温电导率。将丙酸乙酯和γ
‑
丁内酯中的至少一种与PS和FEC中的至少一种连同马来酸根烷基咪唑类离子液体和哌啶类离子液体合用，能够显著改善SEI膜的稳定性，提高电解液的导电性能和高低温性能，其效果优于单独使用丙酸乙酯和γ
‑
丁内酯中的至少一种与PS和FEC中的至少一种或单独使用上述离子液体。
[0009]结合第一方面，所述碳酸酯溶剂包括碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC）和碳酸甲乙酯（EMC）中的至少一种以及碳酸乙烯酯（EC）。以上述溶剂组成的溶剂体系在高温、低温条件下的稳定性较好。
[0010]优选地，所述碳酸酯溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸乙烯酯的混合物；所述碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸乙烯酯的质量比为2~3:4~7:1。
[0011]结合第一方面，所述丙酸乙酯的体积为所述碳酸酯溶剂体积的3%~6%。
[0012]结合第一方面，所述γ
‑
丁内酯的体积为所述碳酸酯溶剂体积的2%~5%。
[0013]结合第一方面，所述亚硫酸丙烯酯的体积为所述碳酸酯溶剂体积的2%~7%。
[0014]结合第一方面，所述氟代碳酸乙烯酯的体积为所述碳酸酯溶剂体积的4%~12%。
[0015]结合第一方面，所述添加剂包括丙酸乙酯、亚硫酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯以及离子液体添加剂，所述丙酸乙酯的体积为所述碳酸酯溶剂体积的3%~4%，所述亚硫酸丙烯酯的体积为所述碳酸酯溶剂体积的2%~3%，所述氟代碳酸乙烯酯的体积为所述碳酸酯溶剂体积的4%~7%。丙酸乙酯、亚硫酸丙烯酯和氟代碳酸乙烯酯三种成分与离子液体添加剂合用，在提高放电容量和高低温性能方面能够产生更好的效果。
[0016]优选地，在所述添加剂中，离子液体添加剂的体积百分浓度为1%~10%。进一步优选的体积百分浓度为4%~8%。
[0017]结合第一方面，所述马来酸根烷基咪唑类离子液体为1
‑
甲基
‑3‑
乙基咪唑马来酸单盐、1,2,3
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三甲基咪唑马来酸单盐或2
‑
乙基
‑
1,3,4
‑
三甲基咪唑马来酸单盐。
[0018]优选地，所述马来酸根烷基咪唑类离子液体为2
‑
乙基
‑
1,3,4
‑
三甲基咪唑马来酸单盐。
[0019]结合第一方面，所述哌啶类离子液体为N
‑
甲基,丙基哌啶双氟磺酰亚胺盐、N
‑
甲基,丙基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐或N
‑
甲基,丁基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐。
[0020]优选地，所述哌啶类离子液体为N
‑
甲基,丙基哌啶双氟磺酰亚胺盐。
[0021]结合第一方面，所述电解质锂盐为六氟磷酸锂（LiPF6）、四氟硼酸锂（LiBF4）、二氟二草酸硼酸锂（LiODFB）和双三氟甲基磺酰亚胺锂（LiTFSI）中的至少一种。在本申请的溶剂体系中，上述电解质锂盐的稳定性较好，电导率较高。
[0022]优选地，所述电解质锂盐相对于所述碳酸酯溶剂的浓度为0.5~1.2mol/L。
[0023]优选地，所述电解质锂盐为二氟二草酸硼酸锂。二氟二草酸硼酸锂基电解液在石墨负极表面形成的SEI膜更致密、更稳定，有利于降低SEI膜阻抗，能显著提高电池的高低温
循环性能。
[0024]本专利技术第二方面提供上述高低温电解液的制备方法，具体包括以下操作：向所述碳酸酯溶剂中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高低温电解液，其特征在于，其原料包括碳酸酯溶剂、添加剂以及电解质锂盐；其中，所述碳酸酯溶剂为环状碳酸酯和链状碳酸酯的混合溶剂；所述添加剂包括丙酸乙酯和γ
‑
丁内酯中的至少一种，亚硫酸丙烯酯和氟代碳酸乙烯酯中的至少一种，以及离子液体添加剂，所述离子液体添加剂包括马来酸根烷基咪唑类离子液体和哌啶类离子液体。2.根据权利要求1所述的高低温电解液，其特征在于，所述碳酸酯溶剂包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯中的至少一种以及碳酸乙烯酯。3. 根据权利要求2所述的高低温电解液，其特征在于，所述碳酸酯溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸乙烯酯的混合物；所述碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸乙烯酯的质量比为2~3:4~7:1。4. 根据权利要求1所述的高低温电解液，其特征在于，所述丙酸乙酯的体积为所述碳酸酯溶剂体积的3%~6%；和/或所述γ
‑
丁内酯的体积为所述碳酸酯溶剂体积的2%~5%；和/或所述亚硫酸丙烯酯的体积为所述碳酸酯溶剂体积的2%~7%；和/或所述氟代碳酸乙烯酯的体积为所述碳酸酯溶剂体积的4%~12%。5.根据权利要求1所述的高低温电解液，其特征在于，所述添加剂包括丙酸乙酯、亚硫酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯以及离子液体添加剂，所述丙酸乙酯的体积为所述碳酸酯溶剂体积的3%~4%，所述亚硫酸丙烯酯的体积为所述碳酸酯溶剂体积的2%~3%，所述氟代碳酸乙烯酯的体积为所述碳酸酯溶剂体积的4%~7%。6. 根据权利要求5所述的高低温电解液，其特征在于，在所述添加剂中，离子液体添加剂的体积百分浓度为1%~10%。7. 根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：何蕊，魏爱佳，白薛，刘振法，张利辉，李晓辉，
申请(专利权)人：河北省科学院能源研究所，
类型：发明
国别省市：