一种锂离子电池低温电解液的制作方法

1.本发明涉及锂离子电池制造领域，具体涉及一种锂离子电池低温电解液。


背景技术：

2.在锂离子电池制造行业内，正极片、负极片、隔膜和电解液作为电芯的4大主要组成部分，电解液作为li+在电极之间运动的桥梁，对电池的工作温度范围、充放电容量、循环效率、寿命及安全性能有着至关重要的影响。
3.目前商用的电解液由于在低温下易凝固、阻抗高，从而限制了锂离子电池的进一步应用，因此电解液的优化成为改善锂离子电池低温性能的研究热点之一。有效的li+运动时锂离子电池工作的重要保证：充电时，li+从正极材料中脱出进入电解液，在电解液中扩散并通过电荷转移通过sei膜到达负极表面，最后嵌入负极材料完成嵌锂过程，实现充电；反之，实现放电。因此，锂离子电池的低温性能受其在正负极材料中的运动速率、在电解液中的运动速率、电解液和电极界面膜的阻抗、电荷转移速率等因素的影响。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是提供一种锂离子电池低温电解液，其具有改善锂电池低温性能的作用，可使锂电池容量保持率有效提高。
5.为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
6.一种锂离子电池低温电解液，包括混合电解质锂盐、混合有机溶剂和添加剂；
7.所述混合电解质锂盐包括六氟磷酸锂(lipf6)、四氟硼酸锂(libf4)和双草酸硼酸锂(libob)；
8.所述混合有机溶剂包括碳酸丙烯酯(pc)、碳酸乙烯酯(ec)、碳酸二甲酯(dmc)、碳酸二乙酯(dec)、乙酸乙酯(ea)、碳酸甲乙酯(emc)；
9.所述添加剂为亚硫酸二甲酯(dms)、亚硫酸二乙酯(des)、碳酸亚乙烯酯(vc)和甲基乙烯基砜(mvs)一种或两种以上的组合；
10.所述混合电解质锂盐、混合有机溶剂和添加剂按质量百分比为5％-30％：69％-93％：1％-2％。
11.进一步的技术方案为，所述lipf6、libf4和libob按质量百分比为50-80％：10-20％：10-30％。
12.本发明通过在组成锂离子电池电解液的锂盐、溶剂和添加剂等方面加以改进，得到一种新型锂离子电池低温电解液，其主要由以下几个部分组成：1、具有低电荷转移阻抗和宽温范围的新体系锂盐；2、具有高介电常数、低熔点的溶剂；3、混合型添加剂。运用改进后的新型低温电解液，能够有效的改善li+在低温状态下电解液中的运动速率，从而改善锂离子电池在低温下的充放电性能。
13.lipf6、libf4和libob，电解质锂盐以一定的比例混合使用，lipf6作为目前最常用的锂盐，电化学性能稳定且易溶于有机溶剂，但在使用过程中遇水极易分解为lif和hf，且
形成的sei膜在低温时阻抗过大导致li+在低温状态下转移困难；libf4热稳定性好，电荷转移阻抗小，但成膜效果差，一般不单独使用；libob与libf4一样具有低电荷转移阻抗，同时其具有良好的成膜性、耐过充性、价格便宜，但是其难溶于目前常用的有机溶剂。将3种锂盐配合使用，lipf6(90％-95％)、libf4(2％-5％)和libob(2％-10％)使之既有足够的li+浓度，又达到了较低的电荷转移阻抗和良好的sei膜性能。
14.pc、ec、dmc、dec、ea、emc以一定的比例混合使用，pc溶剂的低熔点(-48.8℃)和高介电常数(69c/v.m)可有效的避免电解液在低温下发生凝固并提高离子电导率，进而改善锂离子电池的低温性能，但其与石墨负极兼容性差，易与li+在石墨负极中发生共嵌从而影响电池额循环性能及安全性能。ec可以缓解pc与li+在石墨负极中发生的共嵌入，且ec介电常数高(89.6c/v.m)、成膜性好，但是其熔点高(35-38℃)、黏度大。ea成膜性良好，可生成稳定的钝化膜，有效的阻止了溶剂的共嵌入，提高了电池在低温下的充放电效率和循环性能。高emc含量和低ec含量能明显降低共熔点至-60℃以下，并且加入emc有利于降低电解液的黏度、提高电导率。
15.亚硫酸二甲酯(dms)和亚硫酸二乙酯(des)在低温下拥有较高的电导率和黏度，在负极表面能形成良好的sei膜。
16.碳酸亚乙烯酯(vc)有利于改善负极界面的导电性，与电解液溶剂反应生产的聚合物有利于形成优良的sei膜，从而抑制了溶剂在负极表面被分解，改善电池负极界面性能。
17.甲基乙烯基砜(mvs)，分解电压高，电化学性能稳定，因此能在石墨表面形成有效的钝化膜，从而提高电池的低温性能。
18.本发明的有益效果是：
19.本发明通过使用混合锂盐以及低温良好的溶剂，同时添加一定的添加剂，达到改善锂电池低温性能的作用，与一般在常温下工作的锂电池相比，使用本发明的低温电解液的锂电池可以在-40℃，或者-50℃低温条件下，仍然保持有一定的电池容量和循环充电、放电功能，根据不同的材料低温电解液体系，锂电池容量保持率可以提高10-35％。
具体实施方式
20.下面对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
21.实施例一
22.在一种电解液体系中，1m(m代表mol/l)(70％lipf6+20％libf4+10％libob)-ec/pc/dmc(15:60:25wt％)+2％vc(碳酸亚乙烯酯)+0.3％des电解液中，锂电池可以在-40℃充电、放电。电池的容量与室温25c相比，保持率达92％。
23.实施例二
24.在另外一种电解液体系中，1.2m(m代表mol/l)(80％lipf6+10％libf4+10％libob)-ec/ea/emc/dmc(10:20:35:35wt％)+1.5％vc(碳酸亚乙烯酯)+0.5％dms电解液中，锂电池可以在-45℃充电、放电。电池的容量与室温25℃相比，保持率达89％。
25.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新保护范围为准。


技术特征：
1.一种锂离子电池低温电解液，其特征在于：包括混合电解质锂盐、混合有机溶剂和添加剂；所述混合电解质锂盐包括六氟磷酸锂、四氟硼酸锂和双草酸硼酸锂；所述混合有机溶剂包括碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、乙酸乙酯、碳酸甲乙酯；所述添加剂为亚硫酸二甲酯、亚硫酸二乙酯、碳酸亚乙烯酯和甲基乙烯基砜一种或两种以上的组合；所述混合电解质锂盐、混合有机溶剂和添加剂按质量百分比为5％-30％：69％-93％：1％-2％。2.根据权利要求1所述的一种提高脱附效率炭罐，其特征在于：所述lipf6、libf4和libob按质量百分比为50-80％：10-20％：10-30％。

技术总结
本发明公开了一种锂离子电池低温电解液，包括混合电解质锂盐、混合有机溶剂和添加剂；所述混合电解质锂盐包括六氟磷酸锂、四氟硼酸锂和双草酸硼酸锂；所述混合有机溶剂包括碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、乙酸乙酯、碳酸甲乙酯；所述添加剂为亚硫酸二甲酯、亚硫酸二乙酯、碳酸亚乙烯酯和甲基乙烯基砜一种或两种以上的组合；所述混合电解质锂盐、混合有机溶剂和添加剂按质量百分比为5％-30％：69％-93％：1％-2％，本发明具有改善锂电池低温性能的作用，可使锂电池容量保持率有效提高。提高。


技术研发人员：柳俊
受保护的技术使用者：超容新能源科技有限公司
技术研发日：2021.12.30
技术公布日：2023/7/13