一种新型锂电池低温电解液及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种新型锂电池低温电解液及其制备方法。其主要成分为硼系锂盐和链状酯主溶剂及环状酯副溶剂。所述硼系锂盐如二氟硼酸锂、四氟硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双草酸硼酸锂等，具有良好的电解性能。主溶剂和副溶剂如碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯等，可依据需要以任意比例混合。本发明专利技术的电解液在锂盐、主溶剂及副溶剂的比例调控下，可以有效提高锂电池在低温环境下的充放电性能、保证其稳定工作、增加电池的能量密度和功率密度，且处理工艺简单、成本低廉，适用于各类锂电池。适用于各类锂电池。适用于各类锂电池。

【技术实现步骤摘要】
一种新型锂电池低温电解液及其制备方法


[0001]本专利技术属于锂电池领域，更具体的说涉及一种新型锂电池低温电解液及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂金属负极作为石墨负极(理论容量为372mAh g
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1)的理想替代品，正经历着飞速的发展。锂金属具有最低的电极电位(多少)和超高的理论比容量(3860mAh g
‑
1)等优点，有望打破锂离子电池中电流的束缚，满足日益增长的高能量密度电源的需求。但是其在特种环境(如低温)下容量、倍率和寿命等指标严重下降，阻碍了锂金属电池在特殊应用领域的商业化，因此，开发能够用于极端温度环境的新型有机电解液迫在眉睫。
[0003]影响锂金属电池在特种环境下电化学性能的因素，除电解液本身性质(熔点、粘度等)外，还有电解液与金属锂由非法拉第过程形成的固态电解质膜(SEI)，该膜既可以阻止副反应的发生，又可以调节电池在不同环境下的充放电行为。当电池处于低温环境时，基于传统碳酸盐电解液的商用锂金属电池由于离子导率显著降低、Li+在电极/电解质界面(SEI)脱溶困难以及在SEI中输运缓慢等问题，Li+在负极
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SEI界面耗尽，最终导致严重的容量损失以及充电困难。固态电解质膜的低温特性与电解液配方密切相关。但现有的电解液无法满足极端温度下，高镍三元锂电池对电解液(低温流动性好、粘度低)以及电解液衍生SEI层的要求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种新型锂电池低温电解液应用于高镍三元锂电池领域，并提供其制备方法。该新型电解质可解决现有技术中低温环境下高镍三元锂电池长循环时金属锂负极不可逆消耗、金属锂与电解液生成的固态电解质界面膜不致密、不均一等问题，可在极端环境下形成无机成分含量更高、更致密稳定的固态电解质界面，有效提高了高镍三元锂电池的容量及循环性能。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术是采用以下技术方案实现的：所述的电解液包括锂盐、主溶剂，所述锂盐浓度为0.01～5M；
[0006]进一步地，所述锂盐为硼系锂盐中一种或几种按照任意比例混合：二氟硼酸锂、四氟硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双草酸硼酸锂。
[0007]进一步地，所述的溶剂包括主溶剂和副溶剂，主溶剂为链状酯；所述副溶剂为环状酯中。
[0008]进一步地，所述主溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯中的一种或多种按照任意比例混合；
[0009]进一步地，所述副溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、氟代碳酸丙烯酯中一种或多种按照任意比例混合；
[0010]进一步地，所述主溶剂与副溶剂的体积比为1:10
‑
10:1。
[0011]再一方面，一种新型锂电池低温电解液制备方法，所述的方法适用于所述的电解液，所述的方法包括：
[0012]步骤1、在水含量小于1ppm，氧气含量小于1ppm的氩气气氛中称取四氟硼酸锂盐适量溶解在非水有机溶剂中，并按照以下要求配置；
[0013]锂盐浓度：0.5M非水有机溶剂：碳酸乙烯酯：氟代碳酸乙烯酯：碳酸甲乙酯＝1：1：8(v:v:v)中，震荡搅拌1
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30min；
[0014]步骤2、在氩气气氛中搅拌混合酯类溶液，搅拌温度为20～30℃，搅拌压力为0.1～1.0MPa，搅拌时间为10～30分钟，直至溶液中的锂盐完全溶解，得到新型碳酸酯类电解液。
[0015]进一步地，所述的锂盐为二氟草酸硼酸锂，锂盐浓度为0.5M。
[0016]进一步地，所述的锂盐为二氟硼酸锂，锂盐浓度为1M。
[0017]进一步地，所述的锂盐为四氟硼酸锂，锂盐浓度为1M，非水有机溶剂为氟代碳酸乙烯酯：碳酸甲乙酯＝2：8。
[0018]本专利技术有益效果：
[0019]本专利技术针对高镍三元锂电池在极端温度下充放电困难、容量衰退等问题，通过将抗低温性能好的锂盐引入碳酸酯类溶剂中，形成的新型锂电池低温电解液调节了电解液的溶剂化结构和固态电解质膜的成分结构，实现了高镍三元锂电池在低温环境下的稳定循环。
[0020]在一些优选实施例中，本专利技术中使用的硼系锂盐具有价格低廉，低温下粘度和电荷转移阻抗低，不易分解等优点，同时也是构成均一、稳定、且具有一定延展性的固态电解质膜的重要组成。本专利技术将硼系锂盐引入特定的碳酸酯类溶剂中，通过强结合阴离子调节锂离子的溶剂化结构，大大降低了锂离子在低温下的脱溶剂化能垒，同时实现了均一致密的固态电解质界面膜，抑制了锂枝晶的形成，稳定了金属锂负极，显著增强了高镍三元锂电池的低温电化学性能。
附图说明
[0021]图1为电解液所制得的纽扣电池在0.05C及0.1C下的放电比容量及库伦效率的对比图。
具体实施方式
[0022]为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的典型实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本专利技术所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容更加透彻全面。
[0023]除非另有定义，本专利技术所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本专利技术中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。
[0024]电解液包括锂盐、主溶剂，所述锂盐浓度为0.01～5M；所述锂盐为硼系锂盐中一种或几种按照任意比例混合：二氟硼酸锂、四氟硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双草酸硼酸锂。所述的溶剂包括主溶剂和副溶剂，主溶剂为链状酯；所述副溶剂为环状酯中。所述主溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯中的一种或多种按照任意比例混合；所述副
溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、氟代碳酸丙烯酯中一种或多种按照任意比例混合；所述主溶剂与副溶剂的体积比为1:10
‑
10:1。
[0025]相较于现有电解液，本电解液有以下优点
[0026]锂盐种类的优化：通过选择硼系锂盐作为电解液中的锂盐，尤其是二氟硼酸锂、四氟硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双草酸硼酸锂这些种类，可以提高电池的离子导电性，从而改善电池的充放电性能。同时，硼系锂盐的电化学稳定性很好，有利于提升电池的安全性。
[0027]更合理的溶剂选取：通过将链状酯作为主溶剂，环状酯作为副溶剂，可以使得电解液具有更好的溶解性和稳定性。特别是当选用链状酯如碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯等作为主溶剂时，可以提高电解液的离子输运性能。
[0028]灵活的溶剂配比：主溶剂与副溶剂的体积比可以在1:10
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10:1这个范围内调节，为优化电解液性能提供了广阔的空间。不同的溶剂配比对电解液的性质，如粘度、电导率、电化学稳定窗口等，都有重要影响。
[0029]适应性强：由于该电解液的成分和配比可以灵活调整，所以可以根据不同的锂电池类型和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型锂电池低温电解液，其特征在于，所述的电解液包括锂盐、主溶剂，所述锂盐浓度为0.01～5M。2.根据权利要求书1所述新型锂电池低温电解液，其特征在于，所述锂盐为硼系锂盐中一种或几种按照任意比例混合：二氟硼酸锂、四氟硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双草酸硼酸锂。3.根据权利要求书1所述新型锂电池低温电解液，其特征在于，所述的溶剂包括主溶剂和副溶剂，主溶剂为链状酯；所述副溶剂为环状酯中。4.根据权利要求3所述的锂电池低温电解液，其特征在于，其中，所述主溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯中的一种或多种按照任意比例混合。5.根据权利要求3所述的锂电池低温电解液，其特征在于，所述副溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、氟代碳酸丙烯酯中一种或多种按照任意比例混合。6.根据权利要求1所述的锂电池低温电解液，其特征在于，所述主溶剂与副溶剂的体积比为1:10
‑
10:1。7.一种新型锂电池低温电解液制备方法，所述的方法适用于如权利要求1

【专利技术属性】
技术研发人员：孔龙，段佳月，陈金秀，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：