一种电解液及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种电解液及其制备方法与应用。所述电解液包括锂盐和有机溶剂，所述锂盐包括双氟磺酰亚胺锂，所述有机溶剂包括溶剂Ⅰ和碳酸甲乙酯，所述溶剂Ⅰ包含碳酸二甲酯、乙酸乙酯或碳酸二乙酯中的至少一种，其中，所述溶剂Ⅰ不包含碳酸乙烯酯，且所述溶剂Ⅰ与所述碳酸甲乙酯的体积之比为(2

【技术实现步骤摘要】
一种电解液及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于电池
，具体涉及一种电解液及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有高能量密度和长循环寿命，目前被大量应用在电动汽车动力电源、5G基站备用电源、风能和太阳能发电的储能系统、航空航天和军工设备电源等场景。低温是影响锂离子电池性能的重要因素，低温会降低锂离子电池的工作效率，严重甚至影响其工作性能，目前，相关技术中的锂离子电池的低温性能较差，一定程度上限制了锂离子电池的低温环境下的应用。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种电解液，具有低温性能好的特点。
[0004]本专利技术还提出一种电解液的制备方法。
[0005]本专利技术还提出一种二次电池。
[0006]本专利技术的第一方面，提出了一种电解液，包括锂盐和有机溶剂，所述锂盐包括双氟磺酰亚胺锂，所述有机溶剂包括溶剂Ⅰ和碳酸甲乙酯，所述溶剂Ⅰ包含碳酸二甲酯、乙酸乙酯或碳酸二乙酯中的至少一种，其中，所述溶剂Ⅰ不包含碳酸乙烯酯，且所述溶剂Ⅰ与所述碳酸甲乙酯的体积之比为(2
‑
4):(6
‑
8)。
[0007]双氟磺酰亚胺锂，简称：LiFSI；碳酸二甲酯，简称：DMC；碳酸二乙酯，简称：DEC；乙酸乙酯，简称：EA；碳酸甲乙酯，简称：EMC；碳酸乙烯酯：EC。
[0008]根据本专利技术实施例的电解液，至少具有以下有益效果：
[0009]本专利技术中采用低熔点、低黏度的DMC和EMC等溶剂，不采用相关技术中常用的高熔点的EC，且溶剂Ⅰ与碳酸甲乙酯采用特定体积比例范围，同时配合本专利技术中采用的特定锂盐LiFSI，LiFSI溶解度高、不易吸水，最终得到低温性能好的电解液，电解液的电压窗口宽(如可为1.5
‑
5.05V)，粘度低(可为0.6
‑
0.64cp)、离子电导率高，能降低电荷传递阻抗和欧姆阻抗，能形成稳定SEI膜并且不易析锂，其中在本专利技术的一些实施例中，电解液于25℃下的离子电导率可达10.2mS/cm。将本专利技术中的电解液应用于电池中，可显著提高电池在
‑
20℃～
‑
40℃环境中的充放电比容量，循环寿命，并且低温
‑
常温交替充放电多次也不影响恢复常温后的性能，可以满足电池、电动汽车和储能系统等设备在
‑
20℃以下(如
‑
20℃～
‑
40℃)的正常充放电需求。
[0010]本专利技术的电解液可适用于多种类型电池，包括但不限于磷酸铁锂电池(如磷酸铁锂半电池、磷酸铁锂/石墨全电池等等)、NCM三元锂离子电池(如NCM811/石墨电池等等)和锂金属电池等等。本专利技术的电解液可适用于各种低温条件场景，包括但不限于应用于冬天温度低的北方地区的电动汽车等用电设备、选址高原和沙漠等出现温度0℃以下地区的太阳能电站等大规模锂离子电池储能系统、如用于深空、深海探测活动等经常在低温环境下
工作的各类设备的电源。
[0011]在本专利技术的一些实施方式中，所述溶剂Ⅰ为碳酸二甲酯、乙酸乙酯或碳酸二乙酯中的至少一种。
[0012]在本专利技术的一些实施方式中，所述溶剂Ⅰ为碳酸二甲酯。
[0013]在本专利技术的一些实施方式中，所述有机溶剂为碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯的混合液。
[0014]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述碳酸二甲酯与所述碳酸甲乙酯的体积之比为(2
‑
4):(6
‑
8)。
[0015]基于熔点，EMC(
‑
55℃)低于DMC(4.6℃)，同时低温情况下EMC粘度比DMC低，因此本专利技术中DMC用量小于EMC，有利于进一步提升电解液低温下的综合性能。
[0016]在本专利技术的一些实施方式中，所述锂盐为双氟磺酰亚胺锂。
[0017]在本专利技术的一些实施方式中，所述锂盐还包括双三氟甲磺酰亚胺锂。
[0018]双三氟甲磺酰亚胺锂，简称：LiTFSI。
[0019]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述锂盐中，双三氟甲磺酰亚胺锂与双氟磺酰亚胺锂的摩尔比为(0
‑
0.3):(0.7
‑
1)。
[0020]通过上述实施方式，LiTFSI与LiFSI的摩尔比为(0
‑
0.3):(0.7
‑
1)，不易造成集流体(如铝箔)的腐蚀，电解液质量较好。
[0021]在本专利技术的一些实施方式中，以所述有机溶剂为基准，所述锂盐的浓度为0.8
‑
1.4mol/L。
[0022]也即锂盐的物质的量/有机溶剂的体积为(0.8
‑
1.4)mol：1L。
[0023]在本专利技术的一些实施方式中，所述有机溶剂为碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯的混合液，所述锂盐为双氟磺酰亚胺锂。
[0024]相关技术中，为提高电解液的低温性能，在电解液的配方设计中，尤其是以六氟磷酸锂为锂盐的电解液体系，研发人员常认为需要选用高介电常数的溶剂，增加锂盐的溶解度，其还原产物也有助于形成SEI膜，提高电极界面的稳定性，因此高介电常数的碳酸乙烯酯(介电常数：89.6)通常是电解液中必不可少的成分。而本专利技术打破常规，在不使用LiPF6的同时，也不使用碳酸乙烯酯(EC)，创新性地仅使用DMC(介电常数：3.12)和EMC(介电常数：2.9)为有机溶剂，配合双氟磺酰亚胺锂，得到低温性能优异的电解液。
[0025]在本专利技术的一些实施方式中，所述电解液还包括添加剂。
[0026]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述添加剂与所述有机溶剂的体积之比为(1
‑
20):100。
[0027]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述添加剂包括氟代碳酸乙烯酯(FEC)或碳酸亚乙烯酯(VC)中的至少一种。
[0028]本专利技术中有机溶剂的粘度低，电解液离子电导率高，能降低电荷传递阻抗和欧姆阻抗，同时，FEC作为成膜添加剂和高电压添加剂、VC作为成膜添加剂，在负极形成稳定的SEI膜，减少低温下锂金属析出，从而提高低温性能。
[0029]在本专利技术的一些更优选的实施方式中，所述氟代碳酸乙烯酯与所述有机溶剂的体积之比为(2
‑
12):100。
[0030]在本专利技术的一些更优选的实施方式中，所述碳酸亚乙烯酯与所述有机溶剂的体积
之比为(2
‑
8):100。
[0031]在本专利技术的一些实施方式中，所述电解液的含水量为20ppm以下。
[0032]在本专利技术的一些实施方式中，所述电解液的色度小于等于50号。
[0033]在本专利技术的一些实施方式中，所述电解液的酸度小于等于50ppm。
[0034]在本专利技术的一些实施方式中，所述有机溶剂于25℃下的粘度为1mPa
·
s以下。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电解液，包括锂盐和有机溶剂，其特征在于，所述锂盐包括双氟磺酰亚胺锂，所述有机溶剂包括溶剂Ⅰ和碳酸甲乙酯，所述溶剂Ⅰ包含碳酸二甲酯、乙酸乙酯或碳酸二乙酯中的至少一种，其中，所述溶剂Ⅰ不包含碳酸乙烯酯，且所述溶剂Ⅰ与所述碳酸甲乙酯的体积之比为(2
‑
4):(6
‑
8)。2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述溶剂Ⅰ为碳酸二甲酯。3.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述有机溶剂为碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯的混合液。4.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述锂盐还包括双三氟甲磺酰亚胺锂；优选地，所述锂盐中，双三氟甲磺酰亚胺锂与双氟磺酰亚胺锂的摩尔比为(0
‑
0.3):(0.7
‑
1)。5.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，以所述有机溶剂为基...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐保民，刘作成，王行柱，贺思如，钟熊伟，胡碧华，彭晶，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：