一种以异恶唑衍生物为基础溶剂的低温有机电解液及其应用的制作方法

本发明属于锂离子电池，涉及一种以异恶唑衍生物为基础溶剂的低温有机电解液及其应用。

背景技术：

1、锂离子电池由于比能量高、循环寿命长、工作温度范围宽、环境友好等优点，在消费类电子产品、新能源汽车和储能等领域得到了广泛的应用。随着锂离子电池的应用领域不断拓宽，逐渐应用于军工、航空及新能源汽车等领域，这就要求电池不仅具有高容量、高能量密度、高循环寿命，还对电池的安全性、低温性能等提出了新的要求。传统锂离子电池的工作温度一般在-20-55℃，温度低于-20℃时，锂离子电池的性能急剧下降，但在航空航天、新能源汽车等领域，要求电池在-40℃仍能正常工作。因此，改善锂离子电池的低温性能意义重大。

2、锂离子电池在低温环境下使用，会出现析锂现象、脱嵌锂不平衡，导致容量衰减、倍率性能和循环性能下降等问题，严重制约着锂离子电池性能与寿命。电解液是影响锂离子电池低温性能的重要因素。低温环境下，电解液的理化性质会受到严重影响，导致离子传导速度变慢，造成外电路电子迁移速度不匹配，电荷转移电阻明显增大，引起严重极化，从而导致电池容量骤减。因此，进行电解液的改进是提高锂离子电池低温性能的关键。近年来许多科学家进行了大量的研究，取得了不错的成果。但是目前传统锂离子电池中用的电解液配方主要是六氟磷酸锂(lipf6)/碳酸乙烯酯(ec)+共溶剂。这种电解液具有较高的电导率和较宽的电化学窗口，但是所用的锂盐lipf6对水分敏感，易分解；而ec的熔点较高(37℃)，低温下呈固态，限制了锂离子电池在低温下的运用。

3、面对低温下电池能量密度低，不能完全发挥常温性能的难题，寻找一种低熔点、宽温度、低溶剂化能、参与界面成膜的新型电解液是改善低温电池性能的重要方向。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种以异恶唑衍生物为基础溶剂的低温有机电解液及其应用。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种以异恶唑衍生物为基础溶剂的低温有机电解液，包括锂盐、基础溶剂和共溶剂；所述基础溶剂为异恶唑衍生物；所述异恶唑衍生物的结构式如式i所示：

4、

5、式i中，r1为h、甲基、异丙基或苯基；r2为h或苯基；r3为甲基、异丙基、氨基、羧基、硝基或磺酸基，且r1、r3不同时为甲基。

6、根据本发明优选的，所述异恶唑衍生物为3-异丙基异恶唑-5-胺、异恶唑-5-羧酸、5-甲基-3,4-二苯基异恶唑中的一种或两种以上的组合；所述3-异丙基异恶唑-5-胺、异恶唑-5-羧酸、5-甲基-3,4-二苯基异恶唑的结构式如下所示：

7、

8、根据本发明优选的，所述锂盐选自六氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂、双(三氟甲磺酰亚胺)锂、高氯酸锂、二氟双草酸磷酸锂、二氟草酸硼酸锂中的一种或多种；所述电解液中锂盐的浓度为0.5～1.5mol/l。

9、根据本发明优选的，所述共溶剂为碳酸酯类溶剂和/或醚类溶剂；所述碳酸酯类溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、乙酸乙酯、乙酸甲酯、甲酸甲酯中的一种或几种；所述的醚类溶剂为乙二醇二甲醚、四氢呋喃、二氧五环、二甲氧甲烷中的一种或几种；所述共溶剂的体积为共溶剂与基础溶剂的总体积的0～50％，进一步优选为20～40％；本发明中特定量的共溶剂的加入可以降低溶剂的凝固点，提高电解液的离子电导率，促进锂盐的溶解。

10、根据本发明，上述以异恶衍生物为基础溶剂的低温有机电解液的制备方法是在手套箱中进行常规的物理混合即可。

11、本发明还提供了一种锂离子电池，包括上述以异恶唑衍生物为基础溶剂的低温有机电解液。

12、根据本发明，所述锂离子电池的正极材料、负极材料为本领域常用材料即可；优选的，所述锂离子电池正极材料可为锰酸锂(lmo)、三元镍钴锰酸锂(nmc)、磷酸铁锂(lifepo4)或石墨(gr)；所述负极材料为金属锂(li)或石墨(gr)。

13、本发明的技术特点及有益效果如下：

14、1、本发明提供的低温电解液，与传统电解液相比，在较低温度(-60℃)下仍表现出较高的离子电导率，所选用的特定的异恶唑衍生物基础溶剂与金属阳离子具有较低的脱溶剂化能，促进低温下脱溶剂化过程的进行，此外，异恶唑衍生物在电化学过程中还参与成膜反应，促进了界面处的离子传输，优化电极界面，抑制低温下锂枝晶的析出，两者协同作用提高电池在低温下的循环性能，相比于本发明以外的其他种类的异恶唑衍生物所制备的电解液，本发明的电解液可以有效提高电池在低温下的循环性能。

15、2、本发明提供的低温电解液，选用的锂盐分子半径小，低温下能够被有效溶解；并且本发明的电解液中加入了特定比例的共溶剂，共溶剂的加入可以降低溶剂的凝固点，提高电解液的离子电导率，促进锂盐的溶解，而共溶剂比例过高，会导致电解液电导率下降，影响锂离子的传输速率降低电池性能。

技术特征：

1.一种以异恶唑衍生物为基础溶剂的低温有机电解液，其特征在于，该低温有机电解液包括锂盐、基础溶剂和共溶剂；所述基础溶剂为异恶唑衍生物；所述异恶唑衍生物的结构式如式i所示：

2.根据权利要求1所述以异恶唑衍生物为基础溶剂的低温有机电解液，其特征在于，所述异恶唑衍生物为3-异丙基异恶唑-5-胺、异恶唑-5-羧酸、5-甲基-3,4-二苯基异恶唑中的一种或两种以上的组合。

3.根据权利要求1所述以异恶唑衍生物为基础溶剂的低温有机电解液，其特征在于，所述锂盐选自六氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂、双(三氟甲磺酰亚胺)锂、高氯酸锂、二氟双草酸磷酸锂、二氟草酸硼酸锂中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述以异恶唑衍生物为基础溶剂的低温有机电解液，其特征在于，所述电解液中锂盐的浓度为0.5～1.5mol/l。

5.根据权利要求1所述以异恶唑衍生物为基础溶剂的低温有机电解液，其特征在于，所述共溶剂为碳酸酯类溶剂和/或醚类溶剂。

6.根据权利要求5所述以异恶唑衍生物为基础溶剂的低温有机电解液，其特征在于，所述碳酸酯类溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、乙酸乙酯、乙酸甲酯、甲酸甲酯中的一种或几种；所述的醚类溶剂为乙二醇二甲醚、四氢呋喃、二氧五环、二甲氧甲烷中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述以异恶唑衍生物为基础溶剂的低温有机电解液，其特征在于，所述共溶剂的体积为共溶剂与基础溶剂的总体积的0～50％。

8.根据权利要求1所述以异恶唑衍生物为基础溶剂的低温有机电解液，其特征在于，所述共溶剂的体积为共溶剂与基础溶剂的总体积的20～40％。

9.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述以异恶唑衍生物为基础溶剂的低温有机电解液。

10.根据权利要求9所述锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池的正极材料为锰酸锂、三元镍钴锰酸锂、磷酸铁锂或石墨；所述负极材料为金属锂或石墨。

技术总结
本发明提供了一种以异恶唑衍生物为基础溶剂的低温有机电解液及其应用。该低温有机电解液包括锂盐、基础溶剂和共溶剂；所述基础溶剂为异恶唑衍生物；所述异恶唑衍生物的结构式如式I所示。本发明提供的低温电解液，与传统电解液相比，在较低温度(‑60℃)下仍表现出较高的离子电导率，所选用的特定的异恶唑衍生物基础溶剂与金属阳离子具有较低的脱溶剂化能，促进低温下脱溶剂化过程的进行，此外，异恶唑衍生物在电化学过程中还参与成膜反应，促进了界面处的离子传输，优化电极界面，抑制低温下锂枝晶的析出，两者协同作用提高电池在低温下的循环性能。

技术研发人员：董玉灿,宋林虎,马德龙,赵冬妮,马松,李世友,王德楼
受保护的技术使用者：山东阳谷华泰化工股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12