【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂离子电池材料，具体涉及一种锂离子电池电解液及其制备方法和应用。
技术介绍
1、锂离子电池在环境和能源相关领域发挥着重要作用。提高电解质的离子电导率对于提高下一代电池的性能至关重要。当加入高电导率的电解质时可以明显降电芯dcr，充放电性能会发生巨大变化。这种电解液在低温及厚电极领域极其重要。由于电池性能不仅取决于电解质的电阻，还取决于电极/电解质界面的电阻，腈类溶剂例如含有乙腈(an)的非水电解质在相对介电常数和粘度之间具有优异的性能平衡，因此在电动汽车(ev)电池中的潜在应用受到了广泛关注。然而，在石墨负极上，腈类溶剂本身对电化学还原并不稳定。克服这一难题则可将腈类溶剂在动力电池行业商业化应用。
2、如何在低浓度锂盐条件下抑制含有腈类的非水电解质的还原性分解，并在宽温度范围内实现高离子电导率的电池性能是一个巨大的挑战。抑制an的还原的方法有：1、yamada等人通过将高浓度的锂盐溶解在an中(超过2mol/l)，提高了an的还原稳定性；2、peng等人报道了高功率锂金属电池的开发，通过使用高浓度的苯胺基电解质和碳酸乙烯酯(vc)作为添加剂实现；3、一种有效的抑制an还原分解的方法是使用负极活性材料，以比an还原电位更高的电位插入锂离子。例如，东芝的研究人员报道了一种可以防止an还原分解的电池，该电池使用钛酸锂作为负极。
3、然而，现有技术通过提高锂盐浓度降低腈类溶剂的还原分解，在当今低成本电解液中不占优势，且当锂盐浓度提高后电解液粘度增加一定程度上会相对降低锂离子电导率，导致电芯循环及倍率
4、因此，如何有效抑制腈类溶剂的还原性分解，同时可以保持较高的锂离子电导率，且具有较为优异的电芯循环及倍率性能，是当下亟需研究的技术难题。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种锂离子电池电解液及其制备方法和应用。本专利技术设计了一种满足上述关系式的锂离子电池电解液，该类型电解液不仅可以有效抑制腈类溶剂的还原性分解，具有弱溶剂化结合能的特点，且在低温下仍具有较高的离子电导率，在大倍率下溶剂化锂离子能够快速去溶剂化，表现出较好的快充性能；同时低温下快速的锂离子传输和去溶剂化能够保证电池具有优异的低温容量保持率，有效提高了电池的安全、能量密度、功率、倍率以及循环等性能。
2、为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种锂离子电池电解液，所述锂离子电池电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述有机溶剂包括腈类溶剂；
4、所述锂离子电池电解液的室温电导率σ满足以下关系式：
5、15≤(k×ε×γ)/μ≤30，其中，k＝0.02-0.07，ε为介电常数，γ为所述腈类溶剂占所述锂离子电池电解液的质量分数，μ为所述锂离子电池电解液在室温下的粘度。
6、本专利技术设计了一种满足上述关系式的锂离子电池电解液，该类型电解液不仅可以有效抑制腈类溶剂的还原性分解，具有弱溶剂化结合能的特点，且在低温下仍具有较高的离子电导率，在大倍率下溶剂化锂离子能够快速去溶剂化，表现出较好的快充性能；同时低温下快速的锂离子传输和去溶剂化能够保证电池具有优异的低温容量保持率，有效提高了电池的安全、能量密度、功率、倍率以及循环等性能。
7、本专利技术提供的电解液与负极相容性好，不会对负极造成损害，且可以在负极形成sei膜，抑制电解液与负极材料界面间的反应，减少hf产生，改善循环/高温存储期间电池膨胀和容量衰减快等问题。
8、本专利技术中，锂离子电池电解液的室温电导率σ满足关系式15≤(k×ε×γ)/μ≤30，可以通过调节低粘度有机溶剂的含量来改变电解液粘度，从而提高锂离子的解离能力，使得电导率提升，满足快充需求。
9、电导率是锂离子电池电解液中最具有实用意义的参数之一，电解液的电导率对电池内阻和倍率特性有较大影响，能够为电解液的设计指明方向从溶剂角度讲，影响电解液电导率的主要因素有溶剂的介电常数和黏度，通过降低溶剂粘度、提高溶剂介电常数，可以在无需额外增加锂盐的情况下，提高电解液电导率。
10、需要说明的是，本专利技术对室温不作具体限定，示例性的，例如可以是25±5℃，包括20℃、25℃或30℃等。
11、本专利技术中，k＝0.02-0.07，例如可以是0.02、0.03、0.04、0.05、0.06或0.07等。
12、作为本专利技术一种优选的技术方案，所述室温电导率σ为15-30ms·cm-1，例如可以是15ms·cm-1、20ms·cm-1、25ms·cm-1或30ms·cm-1等。
13、优选地，所述μ为1.5-2.1mpa·s，例如可以是1.5mpa·s、1.6mpa·s、1.7mpa·s、1.8mpa·s、1.9mpa·s、2mpa·s或2.1mpa·s等。
14、优选地，所述ε为20-40，例如可以是20、25、30、35或40等。
15、优选地，所述γ为15-50wt％，例如可以是15wt％、20wt％、25wt％、30wt％、35wt％、40wt％、45wt％或50wt％等。
16、本专利技术中，若腈类溶剂占锂离子电池电解液的质量分数过小，则电解液粘度及电导率过低，锂离子脱溶剂化不利，导致快充性能下降；若腈类溶剂占所述锂离子电池电解液的质量分数过大，则剥离石墨负极会导致循环跳水产气。
17、作为本专利技术一种优选的技术方案，所述腈类溶剂的结构式为其中，r1为-cnh2n+1或r1为-c6h5，n＝1-4。示例性的，例如可以是-ch3或-c2h5等。
18、优选地，所述腈类溶剂包括乙腈、丙腈、甲氧基丙腈、异丙腈、丁二腈、丁腈、己二腈、戊腈、戊二腈、葵二腈、丙烯腈、环己基腈或邻苯二腈中的任意一种或至少两种的组合。
19、优选地，所述有机溶剂还包括碳酸酯溶剂。
20、优选地，所述碳酸酯溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯或碳酸二甲酯中的任意两种或至少三种的组合。
21、作为本专利技术一种优选的技术方案，所述添加剂包括吡啶类添加剂、锂盐类添加剂或酯类添加剂中的任意一种或至少两种的组合，优选为吡啶类添加剂、锂盐类添加剂和酯类添加剂的组合。
22、本专利技术中，吡啶化合物的加入可优先在负极侧形成致密且稳定的保护膜，抑制电解液在正负极表面的氧化还原反应，稳定正负极活性材料，提高循环存储性能，减少电芯高温产气量，提醒电芯安全性能。
23、优选地，所述吡啶类添加剂的含量占腈类溶剂含量的1-9wt％，例如可以是1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％或9wt％等。
24、本专利技术中，吡啶环化合物可以在锂离子电池负极中形成致密且稳定的保护膜，抑制负极活性材料充放电过程中的体积膨胀，若吡啶类添加剂的含量占腈类溶剂含量的比例过小，则成膜质量过差，腈类溶剂剥离石墨造成循环跳水；若吡啶类添加剂的含量占本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种锂离子电池电解液，其特征在于，所述锂离子电池电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述有机溶剂包括腈类溶剂；
2.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述室温电导率σ为15-30mS·cm-1；
3.根据权利要求1或2所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述腈类溶剂的结构式为其中，R1为-CnH2n+1或R1为-C6H5，n＝1-4；
4.根据权利要求1-3任一项所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述添加剂包括吡啶类添加剂、锂盐类添加剂或酯类添加剂中的任意一种或至少两种的组合，优选为吡啶类添加剂、锂盐类添加剂和酯类添加剂的组合；
5.根据权利要求1-4任一项所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述锂盐包括六氟磷酸锂和双氟磺酰亚胺锂；
6.一种如权利要求1-5任一项所述的锂离子电池电解液的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂还包括碳酸酯溶剂；
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括
9.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括正极片、负极片以及如权利要求1-5任一项所述的锂离子电池电解液。
10.根据权利要求9所述的锂离子电池，其特征在于，所述负极片中负极活性材料的粒径D50为13-14μm；
...【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池电解液，其特征在于，所述锂离子电池电解液包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述有机溶剂包括腈类溶剂；
2.根据权利要求1所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述室温电导率σ为15-30ms·cm-1；
3.根据权利要求1或2所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述腈类溶剂的结构式为其中，r1为-cnh2n+1或r1为-c6h5，n＝1-4；
4.根据权利要求1-3任一项所述的锂离子电池电解液，其特征在于，所述添加剂包括吡啶类添加剂、锂盐类添加剂或酯类添加剂中的任意一种或至少两种的组合，优选为吡啶类添加剂、锂盐类添加剂和酯类添加剂的组合；
5.根据权利要求1-4...
【专利技术属性】
技术研发人员：王莹莹，盛杰，庞春光，秦炳胜，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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