一种锂离子电池宽温电解液的制作方法

本发明涉及一种锂离子电池宽温电解液，属于锂离子电池
技术领域：
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背景技术：
：锂离子电池自从20世纪90年代商业化使用以来，便以其比能量高、循环寿命长、体积小以及环境友好等优点，迅速发展起来。如今，锂离子电池已广泛应用在我们生活中各个方面，其不仅成为了手机，电脑，数码照相机等电子产品的一部分，而且还作为一种新兴能源出现在汽车领域、军事领域以及航空航天领域。纯电动汽车(ev)和混合动力汽车(hev)领域对锂离子电池使用温度要求是能在-20℃低温下存储并进行低倍率放电；我国军标则要求锂离子电池在-40～60℃环境下稳定运行。因此，拓展锂电池的温度使用范围显得尤为重要。电解液作为锂电池的重要组成部分，一方面在正负极之间传递锂离子，起着桥梁的作用；另一方面，又直接与电极反应，形成sei膜，因此，电解液的选择对于锂电池各方面性能的发挥显得至关重要。理想的电解液应在较宽温度范围内具有较高的离子电导率，低凝固点、形成薄而稳点的sei膜。目前商业化应用最广的电解液体系为基于lipf6的混合碳酸酯溶液。当温度升高时，一方面，链状碳酸酯开始挥发甚至分解；另一方面，电解液与电极又可发生反应，导致胀气等一系列安全问题，严重可发生爆炸。当温度较低时，主要受制于3个方面的影响：首先，随着温度的降低，环状碳酸酯粘度增大甚至发生凝固，导致离子电导率降低；其次，sei膜阻抗增加，使得充放电过程电极极化增大；再次，锂离子电池在充放电后期容易产生析锂现象，导致循环性能变差。同时，该体系中的lipf6会在高温下分解，对水敏感，易产生hf腐蚀集流体，破坏sei膜的稳定，溶解正极电极材料，进而引起容量的衰减和安全隐患，而且低温下较低的电导率限制了其在低温环境下的应用。目前商用上的电解液完全能够应对锂离子电池的正常使用，但是其在低温下电导率低、高温下存在安全隐患的问题使得其不能够在汽车领域、军事领域以及航空航天领域应用。因此，开发适用于锂离子电池的宽温电解液具有十分重要的意义。技术实现要素：鉴于
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存在的问题，本发明设计了一种适合于-40～60℃宽温度范围使用的锂电池电解液，能够提升低温下电导率，抑制高温下电解液在极片表面的副反应的发生。其组分配比合理，在保证常温循环性能的前提下，有效提升锂离子电池在高低温下的充放电性能，拓宽了锂电池的应用范围。为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：本申请提供的锂离子电池宽温电解液由醚类溶剂组成的类离子液体、辅助有机溶剂及低温添加剂组成。其中，辅助有机溶剂为非环状碳酸酯。所述的醚类溶剂的结构可以用表示，其中，n为3～5，其与li+等摩尔混合形成类离子液体阳离子，阴离子为tfsi-、bf4-、dfob-、pf6-中的一种或一种以上。该醚类溶剂的特点还在于，所有醚均处于与li+的螯合状态，不存在多余的醚分子。所述电解液还应包含lifsi。作为本发明的优化，离子液体所占比例可优化为10％～20％。作为本发明的优化，非环状碳酸酯的含量可优化为80％～90％。作为本发明的优化，锂盐浓度可优化为0.8～1.2mol/l。本发明的积极效果是：(1)多元醚能够与锂盐等摩尔混合形成离子液体，这种离子液体具有电导率高、无蒸汽压、液程温度范围宽等优点，同时多种离子液体共同作用，又可降低粘度和凝固点，能够极大地拓宽电解液的温度使用范围。(2)引入非环状碳酸酯作为稀释剂，既可使离子液体保持整体不解离，又可加速li+移动，使电解液在低温下仍保持较高的离子电导率。(3)由于lifsi具有较好的低温性能和安全性能，在电解液中加入少量lifsi能够提升电解液低温性能和安全性能。附图说明图1锂离子电池在常温及低温下的充放电曲线图2锂离子电池在60℃下的循环图具体实施方式本发明用以下的实施案例进行进一步说明，但本发明不仅仅局限于下面的实例。本发明采用的测试方式为2025纽扣电池测试，使用本发明所述电解液组装成钛酸锂负极对锂片半电池。实施例1电解液的制备：将三乙二醇二甲醚(tegme)、四乙二醇二甲醚(tegde)两种溶剂按9∶11质量比称重混合，搅拌后形成电解液溶剂；再将等摩尔的litfsi加入电解液溶剂中，搅拌至充分混合形成均一相，得到离子液体；向离子液体中加入1.5份质量比的emc继续搅拌至混合均匀；最后向电解液中加入电解液总质量的1％的lifsi作为低温添加剂，待其充分溶解后，搁置10h，制得锂离子电池宽温电解液。负极极片的制备：将负极材料钛酸锂、粘结剂pvdf与导电剂科琴黑按照8∶1∶1的质量比进行称重，溶于nmp中，搅拌制成一定粘度的浆料。将浆料涂布在集流体铜箔上，再以80～100℃烘干、辊压、裁片得到直径为14mm的钛酸锂负极极片，称重、计算并记录活性物质的质量，再经真空干燥后放入氩气保护氛围的手套箱内待用。锂离子半电池：所有操作均在水、氧含量小于10ppm的手套箱内进行。首先，将负极壳置于操作台上，将一个15.8*5.8mm的金属锂片置于负极壳内，用移液枪在金属锂片上滴加l滴电解液，再将直径为16mm的celgard单层或多层聚烯烃隔膜平铺在锂片上，再在单层或多层聚烯烃隔膜上滴加2滴电解液，放入已知活性物质质量的负极极片，极片活性物质与金属锂片相对，最后将正极壳扣于负极壳之上，放入模具中压合封口，钛酸锂对锂片半电池制作完毕。电池测试：将本实施例所得钛酸锂对锂片半电池进行化成和高低温测试，具体测试方法如下：电池装好后搁置24h，然后在新威软件测试仪上以0.1c、0.2c进行化成，最后再将电池放置在60℃、20℃、-20℃、-30℃、-40℃的高低温试验箱内搁置2h后进行不同倍率充放电测试。实施例2将tegme、tegde两种溶剂按7∶13质量比称重混合，搅拌后形成电解液溶剂；再将等摩尔的litfsi加入电解液溶剂中，搅拌至充分混合形成均一相，得到离子液体；向离子液体中加入1.5份质量比的emc继续搅拌至混合均匀；最后向电解液中加入电解液总质量的1％的lifsi作为低温添加剂，待其充分溶解后，搁置10h，制得锂离子电池宽温电解液。电池制作及测试同实施例1实施例3将tegme、tegde两种溶剂按5∶15质量比称重混合，搅拌后形成电解液溶剂；再将等摩尔的litfsi加入电解液溶剂中，搅拌至充分混合形成均一相，得到离子液体；向离子液体中加入1.5份质量比的emc继续搅拌至混合均匀；最后向电解液中加入电解液总质量的1％的lifsi作为低温添加剂，待其充分溶解后，搁置10h，制得锂离子电池宽温电解液。电池制作及测试同实施例1实施例4将tegme、tegde两种溶剂按9∶11质量比称重混合，搅拌后形成电解液溶剂；再将等摩尔的litfsi加入电解液溶剂中，搅拌至充分混合形成均一相，得到离子液体；向离子液体中加入1.8份质量比的emc继续搅拌至混合均匀；最后向电解液中加入电解液总质量的1％的lifsi作为低温添加剂，待其充分溶解后，搁置10h，制得锂离子电池宽温电解液。电池制作及测试同实施例1实施例5将tegme、tegde两种溶剂按9∶11质量比称重混合，搅拌后形成电解液溶剂；再将等摩尔的litfsi加入电解液溶剂中，搅拌至充分混合形成均一相，得到离子液体；向离子液体中加入1.2份质量比的emc继续搅拌至混合均匀；最后向电解液中加入电解液总质量的1％的lifsi作为低温添加剂，待其充分溶解后，搁置10h，制得锂离子电池宽温电解液。电池制作及测试同实施例1实施例6将tegme、tegde两种溶剂按9∶11质量比称重混合，搅拌后形成电解液溶剂；再将等摩尔的litfsi加入电解液溶剂中，搅拌至充分混合形成均一相，得到离子液体；向离子液体中加入1.5份质量比的emc继续搅拌至混合均匀；最后向电解液中加入电解液总质量的2％的lifsi作为低温添加剂，待其充分溶解后，搁置10h，制得锂离子电池宽温电解液。电池制作及测试同实施例1比较例1将tegme、tegde两种溶剂按9∶11质量比称重混合，搅拌后形成电解液溶剂；再将等摩尔的litfsi加入电解液溶剂中，搅拌至充分混合形成均一相，得到离子液体；向离子液体中加入1.5份质量比的emc继续搅拌至混合均匀；最后向电解液中加入电解液总质量的1％的libob作为低温添加剂，待其充分溶解后，搁置10h，制得锂离子电池宽温电解液。电池制作及测试同实施例1比较例2将tegme、tegde两种溶剂按9∶11质量比称重混合，搅拌后形成电解液溶剂；再将等摩尔的litfsi加入电解液溶剂中，搅拌至充分混合形成均一相，得到离子液体；向离子液体中加入1.5份质量比的emc继续搅拌至混合均匀；最后向电解液中加入电解液总质量的1％的lidfob作为低温添加剂，待其充分溶解后，搁置10h，制得锂离子电池宽温电解液。电池制作及测试同实施例1按照上述实施例与对比例测试的电池数据如下：表一：不同温度下实施例1中锂离子电池的放电特性温度倍率容量保持率(％，相对于20℃)60℃0.5c10020℃0.5c100-20℃0.1c90.03-30℃0.05c82.77-40℃0.05c55.17表二：-20℃下对比例中锂离子电池的放电特性倍率容量保持率(％，相对于20℃)对比例10.1c74.47对比例20.1c77.77当前第1页12