一种电解液及其制备方法和在低温锂离子电池中的应用

本申请涉及一种电解液及其制备方法和在低温锂离子电池中的应用，属于低温锂离子电池领域。

背景技术：

1、锂离子电池自1990年商业化以来，凭借高能量密度、高功率密度、长循环寿命、低自放电率及无记忆效应等优势，在便携式储能设备领域占据着重要的地位。但不断拓展的应用场景对锂离子电池的性能也提出了更高的要求，特别是在恶劣的温度条件下仍然面临着各种挑战。目前锂离子电池最佳运行温度范围仅在15～35℃，然而在电动汽车、储能基站、电动飞机、极地科考和太空探索等应用领域对锂离子电池低温耐受极限提出了更加严苛的要求，对电池使用温度的要求从极低温(<-100℃)均可能涉及。低温环境下，锂离子电池的性能会显著下降。电解质在锂电池内部主要起着传输锂离子的作用，而离子电导率则是量化其这一功能最重要的指标，离子电导率受温度的影响非常大，当温度过低时，电解质的溶剂分子或高分子链段无法再进行结构重组来辅助离子传输，导致电解质的离子电导率呈现断崖式下降，锂电池将无法进行正常的充放电。此外，电解液离子电导率的下降还会导致电池电荷转移阻抗增加，从而使得电池电荷转移过程缓慢，导致影响电池电化学性能和循环寿命。固体电解质界面相(sei)也是限制电池在低温下正常运行的重要因素。固体电解质界面相(sei)是在电极/电解液界面处形成的一种复合相，主要由电解液在电极表面的分解产物构成，从而有效隔离电极和电解液，避免副反应的持续发生。低温环境下，sei中锂离子输运的动力学也会受到抑制。在低温循环后，电极表面的sei会变厚，稳定性变差，不仅会使锂离子在sei中的输运变得困难，还可能引发额外的安全问题。综上所述，电池内部各动力学过程的速率在低温下迅速下降，继而导致电池内阻增加、容量衰减等问题。另外，低温充电导致的负极侧析锂问题，还会对电池的循环寿命及安全性能造成不利影响。因此，为了满足电池在极端温度条件下安全高效运行的需要，开发新型锂离子电池低温电解质制备工艺备受关注。

技术实现思路

1、根据本申请的一个方面，提供了一种电解液，所述电解液含有小分子配位溶剂、稀释剂和锂盐；

2、所述电解液中，所述小分子配位溶剂的体积含量为10～90％；

3、所述稀释剂的体积含量为10～90％；

4、所述锂盐的浓度为0.5～10m。

5、可选地，所述小分子配位溶剂的体积含量为10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％中的任意值或任意两者之间的范围值。

6、可选地，所述稀释剂的体积含量为10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％中的任意值或任意两者之间的范围值。

7、可选地，所述锂盐的浓度为0.5m、1m、2m、3m、4m、5m、6m、7m、8m、9m、10m中的任意值或任意两者之间的范围值。

8、所述锂盐选自四氟硼酸锂(libf4)、六氟磷酸锂(lipf6)硝酸锂(lino3)、六氟砷酸锂(liasf6)、三氟甲磺酸锂(licf3so3)、二氟草酸硼酸锂(lidfob)、双三氟甲磺酰亚胺锂(litfsi)、双氟磺酰亚胺锂(lifsi)、高氯酸锂(liclo4)或双草酸硼酸锂(libob)中的至少一种。

9、所述小分子配位溶剂选自亚硫酸二甲酯(dms)、碳酸甲乙酯(emc)、碳酸乙烯酯(ec)、碳酸丙烯酯(pc)、碳酸二甲酯(dmc)、碳酸二乙酯(dec)、氟代碳酸乙烯酯(fec)、碳酸甲丙酯(mpc)、磷酸三甲酯(tmp)、醋酸甲酯(ma)、环丁砜(tms)、乙腈(an)、丙腈(peg)、丁腈(pn)、乙醚(et2o)、甲丙醚(1-mp)、环氧丙烷(po)、三甲撑氧(trimethylene oxide)、四氢呋喃(thf)、氟乙腈(fan)、γ-丁内酯(bl)、2-甲基四氢呋喃(2-methf)、1,3-二氧环戊烷(dol)、二甲氧甲烷(dmm)、1,2-二甲氧乙烷(dme)或1,2-二甲氧丙烷(dmp)中的至少一种。

10、选用小分子溶剂能够减小整个溶剂化结构的尺寸，提高离子扩散动力学，稀释剂的加入也能够降低电解液的粘度，从而提高电解液的低温性能。在此过程中，小分子配位溶剂的选择及稀释剂的种类和含量对最终的循环性能效果至关重要。

11、所述稀释剂选自氟苯(fb)、三氟甲氧基苯(tfmb)、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙醚(tte)、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,2-三氟乙醚(tfe)、二(2,2,2-三氟乙醚)(btfe)、3,3,4,4,5,5-六氟四氢吡喃(hfthp)、三(三氟乙氧基)甲烷(tfeo)、1,1,1,2,3,3-六氟-3-甲氧基丙烷(hfe)或2h,3h-十氟戊烷(hfc)中的至少一种。

12、根据本申请的另一个方面，提供一种上述的电解液的制备方法，包括以下步骤：

13、将含有小分子配位溶剂、稀释剂和锂盐的原料混合，搅拌，得到所述电解液。

14、可选地，包括以下步骤：

15、将小分子配位溶剂和稀释剂混合互溶，再加入锂盐，搅拌至完全溶解，得到所述电解液。

16、根据本申请的另一个方面，提供一种上述的电解液在低温锂离子电池中的应用。

17、本申请能产生的有益效果包括：

18、1、本申请成本低、操作简单、药品成分安全。

19、2、本申请在锂离子电池中引入小分子配位溶剂，选用小分子溶剂能够减小整个溶剂化结构的尺寸，提高离子扩散动力学，稀释剂的加入也能够降低电解液的粘度，从而提高电解液的低温性能。

技术特征：

1.一种电解液，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，

5.一种权利要求1～4任一项所述的电解液的制备方法，其特征在于，

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，

7.一种权利要求1～4任一项所述的电解液在低温锂离子电池中的应用。

技术总结
本申请公开了一种电解液及其制备方法和在低温锂离子电池中的应用。所述电解液含有小分子配位溶剂、稀释剂和锂盐；小分子配位溶剂的体积含量为10～90％；稀释剂的体积含量为10～90％；锂盐的浓度为0.5～10M。成本低、操作简单、药品成分安全。在锂离子电池中引入小分子配位溶剂，选用小分子溶剂能够减小整个溶剂化结构的尺寸，提高离子扩散动力学，稀释剂的加入也能够降低电解液的粘度，从而提高电解液的低温性能。

技术研发人员：陈忠伟,汪冬冬,罗丹,任婧萱
受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/9/29