一种锂离子电池电解液及其电池制造技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池的电解液及其电池，所述电解液包括有机溶剂和锂盐，其中，所述有机溶剂包含如下式I所示的链状醚类化合物和碳酸酯类溶剂，式I中，n、R1、R2、R3如文中所述。本发明专利技术的电解液能够解决高压实密度电极片与电解液浸润性差的问题，使锂离子电池的低温性能、常温和高温循环性能都得到改善，有效延长锂离子电池的使用寿命。长锂离子电池的使用寿命。长锂离子电池的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池电解液及其电池


[0001]本专利技术属于锂离子电池领域，涉及一种高压实密度磷酸铁锂电池电解液及含该电解液的电池。

技术介绍

[0002]橄榄石结构的LiFePO4具有放电比容量高、放电平台平稳、结构稳定、循环性能优异、原料丰富等优点，被认为动力型锂离子电池理想正极材料。但是磷酸铁锂锂离子电池的低温性能较差，其主要原因是磷酸铁锂属于Pnma空间群，P占据四面体位置，过渡金属M占据八面体位置，Li原子沿轴一维方向形成迁移通道，这种一维的离子通道导致了锂离子只能有序地以单一方式脱出或者嵌入，严重影响了锂离子在该材料中的扩散能力。尤其在低温下本体中锂离子的扩散进一步受阻造成阻抗增大，导致极化更加严重，低温性能较差。
[0003]此外，磷酸铁锂电池的能量密度偏低。为提高能量密度，一方面是增加正负极材料的克容量，另一方面是增加正负极膜片的压实密度。通常磷酸铁锂电芯中，正极片的压实密度在2.1
‑
2.3g/cm3范围，电池企业通过各种技术，将磷酸铁锂电芯的正极压实密度提高到2.35
‑
2.8g/cm3的水平。然而压实密度的提高，对极片和隔膜吸液量和吸液时间造成极大的困难，电芯吸液量过少，电极片与电解液的浸润性变差，使得低温性能更差，导致电池后期循环出现跳水等不良现象。因此急需从电解液角度改善高压实密度电极片体系下磷酸铁锂电池的低温性能。
[0004]但是在低温条件下，电解液中的部分溶剂析出，导致离子迁移困难，电导率低，而且低温导致锂离子扩散和电荷转移速度降低。因此，寻找一种与高压实磷酸铁锂匹配性好的电解液，对于改善磷酸铁锂电池的性能以及满足未来高能量密度电池进一步发展非常有意义。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术的高压实密度磷酸铁锂锂离子电池低温性能差的问题，本专利技术提供一种磷酸铁锂电池电解液，其能够解决高压实密度电极片与电解液浸润性差的问题，使磷酸铁锂电池的低温性能、常温和高温循环性能都得到改善，有效延长磷酸铁锂电池的使用寿命。
[0006]具体而言，本专利技术提供一种锂离子电池的电解液，所述电解液包括有机溶剂和锂盐，其中，所述有机溶剂包含式I所示的链状醚类化合物和碳酸酯类溶剂：
[0007]R1‑
O
‑
(R2‑
O)
n
‑
R3[0008]I
[0009]式I中，n为≥1的整数；
[0010]各R2各自独立地选自直链或支链的C1‑
C6亚烷基和直链或支链的C2‑
C6亚烯基，各R2的碳原子上的一个或多个H任选地可以被选自以下的基团取代：烯基、炔基、烷氧基、环烷基、环烷基氧基、杂环基、杂环基氧基、芳基、芳基氧基、杂芳基、硝基、酯基、卤素和醛基；
[0011]R1和R3各自独立地选自氢原子、C1‑
C6烷基、C3‑
C6环烷基、三元到六元杂环基、C2‑
C6烯基和C2‑
C6炔基中的一种或多种，所述R1和R3的碳原子上的一个或多个H任选地可以被选自以下的基团取代：烯基、炔基、烷氧基、环烷基、环烷基氧基、杂环基、杂环基氧基、芳基、芳基氧基、杂芳基、硝基、酯基、卤素和醛基。
[0012]在一个或多个实施方案中，式I中，n为1
‑
6之间的整数，优选为1。
[0013]在一个或多个实施方案中，各R2各自独立地选自直链或支链的C1‑
C4亚烷基和直链或支链的C2‑
C4亚烯基，优选选自直链或支链的C2‑
C4亚烷基。
[0014]在一个或多个实施方案中，R1和R3各自独立地选自直链或支链的C1‑
C6烷基，优选选自甲基和乙基。
[0015]在一个或多个实施方案中，所述链状醚类化合物选自乙二醇二甲醚、乙二醇甲乙醚、乙二醇二乙醚、1,4
‑
丁二醇二甲醚、1,4
‑
丁二醇二乙醚和1,4
‑
丁二醇甲乙醚中的一种或多种。
[0016]在一个或多个实施方案中，所述链状醚类化合物占所述有机溶剂的质量百分数≥3％。
[0017]在一个或多个实施方案中，所述链状醚类化合物占所述有机溶剂的质量百分数＜10％。
[0018]在一个或多个实施方案中，所述碳酸酯类溶剂包括至少一种环状碳酸酯和至少一种链状碳酸酯，所述环状碳酸酯包括选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯和γ
‑
丁内酯中的一种或多种，所述链状碳酸酯包括选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯中的一种或多种。
[0019]在一个或多个实施方案中，所述锂盐在所述电解液中的浓度为0.5
‑
2mol/L。
[0020]在一个或多个实施方案中，所述锂盐选自六氟磷酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双(氟磺酰)亚胺锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、高氯酸锂、氟化锂和三氟甲磺酸锂中的一种或多种。
[0021]本专利技术还提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包括正极极片、负极极片和本文任一实施方案所述的电解液。
[0022]在一个或多个实施方案中，所述正极极片所含的正极活性材料包括磷酸铁锂。
[0023]在一个或多个实施方案中，所述正极极片包括正极材料层，所述正极材料层的压实密度为D g/cm3，所述链状醚类化合物占所述有机溶剂的质量百分数为W％，D与W满足如下关系：0.3≤D/W≤0.6。
[0024]在一个或多个实施方案中，所述正极极片所含的正极活性材料为包含Mg元素的磷酸铁锂，基于所述正极活性材料的总重量，所述Mg元素的重量含量为X ppm，350≤X≤20000，所述链状醚类化合物占所述有机溶剂的质量百分数为W％，X与W满足如下关系：30≤X/W≤6000。
[0025]在一个或多个实施方案中，所述负极极片所含的负极活性材料选自锂金属、石墨、中间相碳球、硬碳、软碳、硅、硅
‑
碳复合物、Li
‑
Sn合金、Li
‑
Sn
‑
O合金、尖晶石结构的锂化TiO2‑
Li4Ti5O
12
和Li
‑
Al合金中的一种或多种。
[0026]在一个或多个实施方案中，所述锂离子电池为圆柱形锂离子电池、软包锂离子电池或铝壳锂离子电池。
附图说明
[0027]图1为对比例1和实施例1的锂离子电池
‑
20℃直流内阻(DCR)测试结果对比图。
[0028]图2为对比例1和实施例1的锂离子电池
‑
20℃低温放电容量保持率测试结果对比图。
[0029]图3为对比例1和实施例1的锂离子电池
‑
20℃2C大电流放电容量保持率测试结果对比图。
[0030]图4为对比例1和实施例1的锂离子电池
‑
20℃2C大电流充电容量保持率测试结果对比图。
[0031]图5为对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池的电解液，其特征在于，所述电解液包括有机溶剂和锂盐，其中，所述有机溶剂包含式I所示的链状醚类化合物和碳酸酯类溶剂：R1‑
O
‑
(R2‑
O)
n
‑
R3I式I中，n为≥1的整数；各R2各自独立地选自直链或支链的C1‑
C6亚烷基和直链或支链的C2‑
C6亚烯基，各R2的碳原子上的一个或多个H任选地可以被选自以下的基团取代：烯基、炔基、烷氧基、环烷基、环烷基氧基、杂环基、杂环基氧基、芳基、芳基氧基、杂芳基、硝基、酯基、卤素和醛基；R1和R3各自独立地选自氢原子、C1‑
C6烷基、C3‑
C6环烷基、三元到六元杂环基、C2‑
C6烯基和C2‑
C6炔基中的一种或多种，所述R1和R3的碳原子上的一个或多个H任选地可以被选自以下的基团取代：烯基、炔基、烷氧基、环烷基、环烷基氧基、杂环基、杂环基氧基、芳基、芳基氧基、杂芳基、硝基、酯基、卤素和醛基。2.如权利要求1所述的电解液，其特征在于，式I中，n为1
‑
6之间的整数，优选为1；各R2各自独立地选自直链或支链的C1‑
C4亚烷基和直链或支链的C2‑
C4亚烯基，优选选自直链或支链的C2‑
C4亚烷基；R1和R3各自独立地选自直链或支链的C1‑
C6烷基，优选选自甲基和乙基；优选地，所述链状醚类化合物选自乙二醇二甲醚、乙二醇甲乙醚、乙二醇二乙醚、1,4
‑
丁二醇二甲醚、1,4
‑
丁二醇二乙醚和1,4
‑
丁二醇甲乙醚中的一种或多种。3.如权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述链状醚类化合物占所述有机溶剂的质量百分数＜10％，优选为≥3％且＜10％。4.如权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述碳酸酯类溶剂包括至少一种环状碳酸酯和至少一种链状碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：王群峰，何亚宁，施开赢，陶亮，
申请(专利权)人：中化国际控股股份有限公司，
类型：发明
国别省市：