一种低温锂离子电池电解液及其应用的制作方法

1.本发明涉及h01m10/0567，具体涉及一种低温锂离子电池电解液及其应用。


背景技术：

2.锂离子电池依靠li

在正负极之间的迁移实现充放电过程，然而li

在正负极之间迁移受到温度影响极大，容易导致电池性能下降，低温锂离子电池应运而生。低温锂离子电池适合于零下的寒冷环境使用，不会由于低温导致电解液粘度上升，电导率下降，造成电池容量极速衰降，引起用电安全隐患，因此被广泛应用在航空航天，救灾探险等领域。
3.专利cn201610248812.7一种锂离子电池电解液及使用该电解液的锂离子电池通过氟代碳酸酯，腈类化合物和噻吩羧酸酯类化合物之间的相互协同，具有浸润性能好等优异性能。
4.专利cn201911011743.8一种电池电解液添加剂、电池电解液和锂离子电池通过-f和-cn集团取代的羧酸酯和新型氟代硼酸酯之间的相互配合提升了高温循环寿命和储存性能。
5.但上述技术对电池的整体的性能的改良有限，且制备复杂，成本较高，无法充分满足人们的需要。


技术实现要素：

6.为了解决上述技术问题，本发明的第一个方面提供了一种低温锂离子电池电解液，按重量份计，包括溶剂60-80份，锂盐10-15份，添加剂7-13份；所述添加剂包括腈类化合物，环状磺酸酯，含硅化合物，含氟化合物。
7.优选的，所述腈类化合物包括1,2-二氰基乙烷，1,2,3-三(2-氰乙氧基)丙烷。所述1,2-二氰基乙烷，1,2,3-三(2-氰乙氧基)丙烷的质量比为(2-4)：(3-6)。
8.优选的，所述环状磺酸酯包括1,4丙烷磺酸内酯，甲基二磺酸亚甲酯。所述1,4丙烷磺酸内酯，甲基二磺酸亚甲酯的质量比为(3-7)：(2-5)。
9.优选的，所述含硅化合物为三(三甲基硅烷)硼酸酯。
10.优选的，所述含氟化合物包括氟代碳酸乙烯酯和三(2,2,2-三氟乙基)磷酸酯。所述氟代碳酸乙烯酯和三(2,2,2-三氟乙基)磷酸酯的质量比为(5-7)：(2-4)。
11.优选的，按重量百分比计，所述添加剂包括腈类化合物7-13％，环状磺酸酯40-48％，含硅化合物5-10％，含氟化合物35-40％。
12.优选的，所述锂盐包括liclo4，libf4，lipf6，liasf6，licf3so3，lin(cf3so2)2，lin(cf3so2)3，libob，lib(c2o4)2的至少一种。
13.进一步优选的，所述锂盐包括lipf6和lib(c2o4)2。所述lipf6和lib(c2o4)2的质量比为(5-7)：(2-4)。
14.优选的，所述溶剂包括环状酯和/或链状酯。
15.进一步优选的，所述溶剂包括环状酯和链状酯。
16.优选的，所述环状酯包括碳酸乙烯酯和/或碳酸丙烯酯。
17.进一步优选的，所述环状酯为碳酸丙烯酯。
18.优选的，所述链状酯包括碳酸二甲酯，碳酸二乙酯，碳酸甲乙酯，甲酸乙酯，乙酸乙酯，丙酸甲酯，丙酸乙酯。
19.进一步优选的，所述链状酯包括碳酸二甲酯和丙酸乙酯。
20.进一步优选的，所述碳酸丙烯酯，碳酸甲乙酯，丙酸乙酯的质量比为(3-5)：(3-5)：(1-3)。
21.本发明的第二个方面提供了一种低温锂离子电池电解液在电池领域应用，电池原料包括正极，隔膜，负极以及电解液。
22.优选的，所述正极材料为lini
x
coycrzmn
1-x-y-z o2；所述x选自0.1，0.2，0.5任一种；所述y选自0.01，0.02，0.05，0.1任一种；所述z选自0.1，0.2，0.5任一种。
23.锰酸锂电池具有倍率性能好，制备简单，成本低廉等优点，但由于锰的溶解导致高温性能和循环性能不佳。本发明意外通过掺杂钴镍铬等金属元素可以有效提高锰酸锂电池的高温性能和循环性能。推测时由于钴镍铬等金属元素与锰离子相似，掺杂后能有效降低锂离子迁移电阻，有利于锂离子的嵌入和脱出，制备的正极材料的结构性能更加稳定，从而有效提升锰酸锂电池的高温性能和循环性能。
24.进一步优选的，所述腈类化合物和含硅化合物的质量比为(8-12)：7。
25.研究发现通过cr元素的加入有效提高电池循环稳定性，但会导掺杂后的电极材料的粒径增大，电荷转移，电阻增加。本发明意外发现通过特定含量的腈类化合物和含硅化合物可以有效降低电池的阻抗。推测是由于腈类化合物和含硅化合物含有的多个孤对电子和π键与具有空的价电子轨道的正极材料以化学键结合，阻止金属离子迁移到负极材料表面催化电解液发生还原分解，导致大量锂离子不能嵌入和脱出；同时抑制电解液在正极材料表面氧化，减小电解液和金属离子的消耗，保证循环稳定性能性能的同时降低电池的阻抗。
26.优选的，所述隔膜包括pe单层膜，pp单层膜，pe/pp双层复合膜，pp/pe/pp三层复合膜，聚丙烯腈纤维，聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚酰胺纤维的至少一种。
27.进一步优选的，所述隔膜包括pp/pe/pp三层复合膜。
28.优选的，所述负极材料为碳材料。所述低温锂离子电池电解液的应用还包括水性粘结剂。
29.优选的，正极的压实密度为2-3g/cm3，负极的压实密度为1-2g/cm3，电解液用量为25-35g。
30.一种低温锂离子电池电解液在电池领域应用的制备方法，包括以下步骤：将水性粘结剂，正极材料按质量比5:95混合均匀，涂覆在铝箔表面；将水性粘结剂，正极材料按质量比4:96混合均匀得到负极浆料，将负极浆料涂覆在铜箔表面；将电解液中各物质混合均匀制成电解液，将正极，隔膜，负极焊接，卷绕，入壳，注入电解液得到3.7v锂电池。
31.优选的，所述铝箔厚度为10um，所述铜箔厚度为20um，所述隔膜厚度为25um。
32.有益效果：
33.锰酸锂电池具有倍率性能好，制备简单，成本低廉等优点，但由于锰的溶解导致高温性能和循环性能不佳。本发明通过掺杂特定含量的金属元素，并且进一步限定体系中电解液的成分，在充电时发生副反应的可能性。防止电解液降解以及产生co，co2，ch4，c2h6等
气体，提高sei膜的致密度，阻止电解液的分解，有利于锂离子嵌入和脱出轨道。制备的得到的电池具有高温性能和循环性能好，电池寿命长，阻抗低等优异性能。
附图说明：
34.图1实施例1为在温度-20℃条件下充电温度特性曲线图；
35.图2实施例1为在温度-10℃条件下充电温度特性曲线图；
36.图3实施例1为在温度0℃条件下充电温度特性曲线图；
37.图4实施例1为在温度20℃条件下充电温度特性曲线图；
38.图5实施例1为在温度45℃条件下充电温度特性曲线图；
39.图6实施例1为在温度55℃条件下充电温度特性曲线图；
40.图7实施例1为在温度-20℃条件下放电曲线图；
41.图8实施例1为在温度-10℃条件下放电曲线图。
具体实施方式
42.实施例
43.实施例1
44.一种低温锂离子电池电解液，按重量份计，包括溶剂70份，锂盐13份，添加剂10份；所述添加剂包括腈类化合物，环状磺酸酯，含硅化合物，含氟化合物。
45.所述腈类化合物包括1,2-二氰基乙烷，1,2,3-三(2-氰乙氧基)丙烷。所述1,2-二氰基乙烷，1,2,3-三(2-氰乙氧基)丙烷的质量比为3：5。
46.所述环状磺酸酯包括1,4丙烷磺酸内酯，甲基二磺酸亚甲酯。所述1,4丙烷磺酸内酯，甲基二磺酸亚甲酯的质量比为5：3。
47.所述含硅化合物为三(三甲基硅烷)硼酸酯。
48.所述含氟化合物包括氟代碳酸乙烯酯和三(2,2,2-三氟乙基)磷酸酯。所述氟代碳酸乙烯酯和三(2,2,2-三氟乙基)磷酸酯的质量比为6：3。
49.按重量份计，所述添加剂包括腈类化合物10％，环状磺酸酯45％，含硅化合物7％，含氟化合物38％。
50.所述锂盐包括lipf6和lib(c2o4)2。所述lipf6和lib(c2o4)2的质量比为6：3。
51.所述溶剂包括环状酯和链状酯。所述环状酯为碳酸丙烯酯。所述链状酯包括碳酸二甲酯和丙酸乙酯。所述碳酸丙烯酯，碳酸甲乙酯，丙酸乙酯的质量比为4：4：2。
52.一种低温锂离子电池电解液在电池领域应用，电池原料包括正极，隔膜，负极以及电解液。
53.所述正极材料为lini
x
coycrzmn
1-x-y-z o2；所述x选自0.2；所述y选自0.02；所述z选自0.2。
54.所述隔膜包括pp/pe/pp三层复合膜。所述pp/pe/pp三层复合膜购自河南超力新能源有限公司。所述负极材料为石墨。所述低温锂离子电池电解液的应用还包括水性粘结剂。所述水性粘结剂购自深圳市海科电源有限公司。
55.一种低温锂离子电池电解液在电池领域应用的制备方法，包括以下步骤：将水性粘结剂，正极材料按质量比5:95混合均匀，涂覆在铝箔表面；将水性粘结剂，正极材料按质
量比4:96混合均匀得到负极浆料，将负极浆料涂覆在铜箔表面；将电解液中各物质混合均匀制成电解液，将正极，隔膜，负极焊接，卷绕，入壳，注入电解液得到3.7v 523450型锂电池。
56.所述铝箔厚度为10um，所述铜箔厚度为20um，所述隔膜厚度为25um。
57.所述正极的压实密度为2.5g/cm3，负极的压实密度为1.5g/cm3，电解液用量为32g。
58.实施例2
59.一种低温锂离子电池电解液在电池领域应用，具体实施方式同实施例1，不同之处在一种低温锂离子电池电解液，包括溶剂60份，锂盐10份，添加剂7份。
60.实施例3
61.一种低温锂离子电池电解液在电池领域应用，具体实施方式同实施例1，不同之处在于所述正极的压实密度为3g/cm3，负极的压实密度为2g/cm3，电解液用量为35g。
62.对比例1
63.一种低温锂离子电池电解液在电池领域应用，具体实施方式同实施例1，不同之处在于所述正极材料为lini
x
coycrzmn
1-x-y-z o4；所述x选自0.01；所述y选自0.01；所述z选自0.01。
64.对比例2
65.一种低温锂离子电池电解液在电池领域应用，具体实施方式同实施例1，不同之处在于所述添加剂包括腈类化合物13％，环状磺酸酯45％，含硅化合物4％，含氟化合物38％。
66.性能测试
67.1.阻抗性能测试：用电化学工作站，对电池进行阻抗测试，测试频率为10-2-105hz。然后将电池放在60℃恒温箱中储存30天，测试存储后阻抗。阻抗增加率＝[(存储后阻抗-存储前阻抗)/存储前阻抗]*100％。
[0068]
2.循环性能测试：在温度为25℃下，通过1c恒流和恒压充至电压至4.2v，，截止电流为0.02c，然后按1c恒流放电至3.0v，依次循环1000次，测试电池容量保持率；容量保持率＝(循环放电容量/首次循环放电容量)*100％。
[0069]
3.贮存稳定性测试：将电池放在25℃条件下充放电一次，记录存储前电容量；然后将电池充至满电状态，测试储存前厚度。然后将电池放在60℃恒温箱中储存30天，测试存储后厚度，计算膨胀率。并进行充放电，测试存储后电容量。容量保持率＝(存储前电容量/存储后电容量)*100％。膨胀率＝[(存储后厚度-存储前厚度)/存储前厚度]*100％。
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4.充特性曲线图：在不同温度下，采用充放电测试柜和高低温环境试验箱对电池进行充放电测试，测试条件为cc＝2a，cv＝4.2v，cut-off＝0.5a。
[0071]
5.放电曲线图：在不同温度下，采用充放电测试柜和高低温环境试验箱对电池进行充放电测试，测试条件为cc＝2a，ev＝4.2v。
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表1性能测试结果
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