CN103219544A

CN103219544A - 一种三元动力锂离子电池用低温电解液及制备方法

Info

Publication number: CN103219544A
Application number: CN2013101230542A
Authority: CN
Inventors: 王庆生; 杨哲龙; 包彦彦; 吴磊
Original assignee: SHANDONG WEIGAO DONGSHENG NEW ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHANDONG WEIGAO DONGSHENG NEW ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-04-10
Filing date: 2013-04-10
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2033-04-10
Also published as: CN103219544B

Abstract

本发明涉及锂离子动力电池电解液技术领域，具体地说是一种三元动力锂离子电池用低温电解液，其特征在于由锂盐、有机溶剂和添加剂组成，其中有机溶剂和添加剂的体积百分比为：有机溶剂占85%-97%、添加剂占3%-15%，锂盐的加入量使电解液锂盐的浓度为0.6-1.5mol/L，制备方法为：先在干燥的惰性气体的保护下，按比例加入水含量小于10ppm的有机溶剂加入到氟化瓶中进行分子筛脱水处理，搅拌均匀，使其水含量在0-10ppm之间，再向搅拌均匀的有机溶剂内加入设定比例的添加剂和锂盐并料搅拌均匀，得到所需要的低温电解液，操作过程中控制温度为8-12℃，本发明电解液具有较低的熔点和粘度，温度窗口范围宽，在室温至-40℃范围内有较高的电导率，本发明可应用于低温条件下三元动力锂离子电池的使用。

Description

一种三元动力锂离子电池用低温电解液及制备方法

技术领域

本发明涉及动力电池用电解液技术领域，具体地说是公开了一种三元动力电池用低温电解液及制备方法。

背景技术

众所周知，锂离子电池具有电压高、比能量大、充放电寿命长、放电性能稳定、使用安全、对环境友好等优点，越来越得到人们的广泛应用，其中三元材料锂电池能量密度比磷酸铁锂电池高30%以上，且其低温性能、一致性等都更胜一筹，未来有极大的提升空间。

随着锂离子电池应用的迅速发展，军用和航空等领域要求锂离子电池的低温使用范围在-40℃以下。有文献报道，在-40℃下，电池放电容量极低甚至不能放。从锂离子电池的影响因素看，很大部分与电解液有关。所以，可以通过优化电解液的结构来改进锂离子电池的低温放电性能，如选择工作温度范围宽的溶剂；考虑混合溶剂体系，从而解决电解液的安全性和环境适应性；选择合适的溶质，提高电池的环境适应性；添加适量的对低温有利的添加剂，改善成膜性能，保证电极/电解液的界面稳定性进而提高电池的低温性能。

发明内容

本发明提供了一种三元锂离子电池低温电解液，其组分配比合理，具有较好的低温放电性能，有效提高了锂离子电池低温下（-40℃）几乎不能放电的难题。

本发明主要采用低熔点的小分子线性酯，有效解决了目前锂离子电池低温放电效率低的问题。

本发明通过如下措施达到：

一种三元动力锂离子电池用低温电解液，其特征在于由锂盐、有机溶剂和添加剂组成，其中有机溶剂和添加剂的体积百分比为：有机溶剂占85%-97%、添加剂占3%-15%，锂盐的加入量使电解液锂盐的浓度为0.6-1.5mol/L。

本发明所述的锂盐取自以下电解质锂盐中的一种或几种：LiPF₆、LiBF₄、LiBOB、LiDFOB、LiTFSI。

本发明所述的有机溶剂取自以下的一种或几种，碳酸乙烯酯EC、碳酸丙烯酯PC、碳酸甲乙酯EMC、碳酸二甲酯DMC、碳酸二乙酯DEC、γ-丁内酯GBL、乙酸甲酯MA、乙酸乙酯EA、甲酸甲酯MF、丙酸甲酯MP、丙酸乙酯EP、丁酸甲酯MB、丁酸乙酯EB、乙酸正丙酯PA，机溶剂水含量不大于10ppm。

本发明所述的添加剂取自以下添加剂中的一种或几种：碳酸亚乙烯酯VC、1,3-丙磺酸内酯PS、碳酸乙烯亚乙酯VEC、氟代碳酸乙烯酯FEC、联苯BP、环己基苯CHB、亚硫酸乙烯酯ES、亚硫酸二甲酯DMS、亚硫酸二乙酯DES、N,N-二甲基三氟乙酰胺DTA、2-甲基四氢呋喃MTHF。

一种三元动力锂离子电池用低温电解液的制备方法，其特征在于步骤如下：

步骤一、在干燥的惰性气体的保护下，将有机溶剂加入到氟化瓶中进行分子筛脱水处理，使其水含量在0-10ppm之间。

步骤二、向搅拌均匀的有机溶剂内加入设定比例的添加剂和锂盐并料搅拌均匀，得到所需要的低温电解液，操作过程中控制温度为8-12℃。

本发明采用上述配制方法组合的电解液并在干燥的惰性气体的保护下进行混合，其配比合理，具有较好的低温放电性能，有效提高了锂离子电池低温放电效率低的问题，低温放电效率高。

附图说明

图1是本发明的低温电解液性能测试结果表。

图2、图3为实施例1电解液电池的放电曲线图。

图4、图5为实施例2电解液电池的放电曲线图。

图6、图7为实施例3电解液电池的放电曲线图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明：

一种三元动力锂离子电池用低温电解液，其特征在于由锂盐、有机溶剂和添加剂组成，其中，锂盐在电解液中的浓度为0.6-1.5mol/L，电解液中有机溶剂和添加剂的体积百分比为：有机溶剂占85%-97%、添加剂占3%-15%，所述锂盐取自以下电解质锂盐中的一种或几种：LiPF₆、LiBF₄、LiBOB、LiDFOB、LiTFSI，所述的机溶剂水含量不大于10ppm，有机溶剂取自以下的一种或几种，碳酸乙烯酯EC、碳酸丙烯酯PC、碳酸甲乙酯EMC、碳酸二甲酯DMC、碳酸二乙酯DEC、γ-丁内酯GBL、乙酸甲酯MA、乙酸乙酯EA、甲酸甲酯MF、丙酸甲酯MP、丙酸乙酯EP、丁酸甲酯MB、丁酸乙酯EB、乙酸正丙酯PA，所述的添加剂取自以下添加剂中的一种或几种：碳酸亚乙烯酯VC、1,3-丙磺酸内酯PS、碳酸乙烯亚乙酯VEC、氟代碳酸乙烯酯FEC、联苯BP、环己基苯CHB、亚硫酸乙烯酯ES、亚硫酸二甲酯DMS、亚硫酸二乙酯DES、N,N-二甲基三氟乙酰胺DTA、2-甲基四氢呋喃MTHF。

一种三元动力锂离子电池用低温电解液的制备步骤：先在干燥的惰性气体的保护下，对有机溶剂进行分子筛脱水处理，使其水含量在0-10ppm之间，按比例将水含量小于10ppm的有机溶剂加入到氟化瓶中，然后向搅拌均匀的有机溶剂内加入设定比例的添加剂和锂盐并料搅拌均匀，得到所需要的低温电解液，操作过程中控制温度为8-12℃左右。

实施例1：在充满氮气的手套箱中（水分低于0.9ppm），将脱水后的有机溶剂碳酸乙烯酯EC、碳酸二甲酯DMC、碳酸甲乙酯EMC和乙酸甲酯MA充分混合均匀，有机溶剂碳酸乙烯酯EC、碳酸二甲酯DMC、碳酸甲乙酯EMC、乙酸甲酯MA的体积比为4:9:6:6（水含量小于10ppm），然后缓慢加入LiPF₆，并磁力搅拌直至锂盐充分溶解，最后加入碳酸亚乙烯酯VC和1,3-丙磺酸内酯PS，继续搅拌直至所有组分混合均匀，搁置0.5h，即得到实施例1低温型锂离子电池电解液，上述锂盐在电解液中的浓度为1.5 mol/L，有机溶剂占95%、添加剂占5%。

实施例2：

在充满氮气的手套箱中（水分低于0.9ppm），将脱水后的有机溶剂碳酸乙烯酯EC、碳酸二甲酯DMC、碳酸甲乙酯EMC和乙酸甲酯MA充分混合均匀，有机溶剂碳酸乙烯酯EC、碳酸二甲酯DMC、碳酸甲乙酯EMC、乙酸甲酯MA的体积比为4:9:6:8（水含量小于10ppm），后缓慢加入LiPF₆，并用磁力搅拌器搅拌直至锂盐充分溶解，最后加入碳酸亚乙烯酯VC和1,3-丙磺酸内酯PS，并继续搅拌直至所有组分混合均匀，搁置0.5h，即得到实施例2低温型锂离子电池电解液，上述锂盐在电解液中的浓度0.8 mol/L，有机溶剂占90%、添加剂占10%。

实施例3：

在充满氮气的手套箱中（水分低于0.9ppm），将脱水后的有机溶剂碳酸乙烯酯EC、碳酸二甲酯DMC、碳酸甲乙酯EMC和乙酸甲酯MA充分混合均匀，有机溶剂碳酸乙烯酯EC、碳酸二甲酯DMC、碳酸甲乙酯EMC、乙酸甲酯MA的体积比为4:9:6:8（水含量小于10ppm），然后缓慢加入LiPF₆，并磁力搅拌直至锂盐充分溶解，最后加入碳酸亚乙烯酯VC、1,3-丙磺酸内酯PS和氟代碳酸乙烯酯各少许，继续搅拌直至所有组分混合均匀，搁置0.5h，即得到实施例3低温型锂离子电池电解液，上述锂盐在电解液中的浓度为0.6 mol/L，有机溶剂占85%、添加剂占15%。

按照动力锂离子电池的制作标准，将配制的低温电解液制备成95222333型软包锂离子电池，正极材料是三元材料，负极材料是人造石墨，经过化成、分容后进行低温性能测试。

Claims

1.一种三元动力锂离子电池用低温电解液，其特征在于由锂盐、有机溶剂和添加剂组成，其中有机溶剂和添加剂的体积百分比为：有机溶剂占85%-97%、添加剂占3%-15%，锂盐的加入量使电解液锂盐的浓度为0.6-1.5mol/L。

2.根据权利要求1所述的一种三元动力锂离子电池用低温电解液，其特征在于锂盐取自以下电解质锂盐中的一种或几种：LiPF₆、LiBF₄、LiBOB、LiDFOB、LiTFSI。

3.根据权利要求1所述的一种三元动力锂离子电池用低温电解液，其特征在于机溶剂水含量不大于10ppm。

4.根据权利要求1所述的一种三元动力锂离子电池用低温电解液，其特征在于有机溶剂取自以下的一种或几种，碳酸乙烯酯EC、碳酸丙烯酯PC、碳酸甲乙酯EMC、碳酸二甲酯DMC、碳酸二乙酯DEC、γ-丁内酯GBL、乙酸甲酯MA、乙酸乙酯EA、甲酸甲酯MF、丙酸甲酯MP、丙酸乙酯EP、丁酸甲酯MB、丁酸乙酯EB、乙酸正丙酯PA。

5.根据权利要求1所述的一种三元动力锂离子电池用低温电解液，其特征在于添加剂取自以下添加剂中的一种或几种：碳酸亚乙烯酯VC、1,3-丙磺酸内酯PS、碳酸乙烯亚乙酯VEC、氟代碳酸乙烯酯FEC、联苯BP、环己基苯CHB、亚硫酸乙烯酯ES、亚硫酸二甲酯DMS、亚硫酸二乙酯DES、N,N-二甲基三氟乙酰胺DTA、2-甲基四氢呋喃MTHF。

6.一种三元动力锂离子电池用低温电解液及制备方法，其特征在于步骤如下：

步骤一、在干燥的惰性气体的保护下，将有机溶剂加入到氟化瓶中进行分子筛脱水处理，搅拌均匀，使其水含量在0-10ppm之间，步骤二、向搅拌均匀的有机溶剂内加入设定比例的添加剂和锂盐并料搅拌均匀，得到所需要的低温电解液，操作过程中控制温度为8-12℃。

7.根据权利要求6所述的一种三元动力锂离子电池用低温电解液及制备方法，其特征在于有机溶剂、锂盐和添加剂是在氟化容器中搅拌混合均匀，制得锂离子电池低温电解液。

8.根据权利要求7所述的一种三元动力锂离子电池用低温电解液及制备方法，其特征在于按比例的有机溶剂首先在氟化容器中搅拌混合均匀，再加入锂盐和添加剂混合均匀制得锂离子电池低温电解液。