一种锂电池电解液及其制备方法、应用

1.本发明涉及新能源随技术领域，具体涉及一种锂电池电解液及其制备方法、应用。


背景技术：

2.当前锂电池的活性物质能量密度已经接近理论水平，受制于电池包装、集流体、电解液等非活性组分在电池中的高占比，目前锂电池的实际能量密度提升遇到较大困难。在上述非活性组分中电解液的占比最高，约为总电池质量的20％～60％，因此在保证锂离子传输效率的同时最大限度减少电解液的用量对于提高电池总能量密度至关重要。在用量不变的情况下降低电解液的密度是减少电解液用量的有效手段。优秀的电解液需要满足高电导率、低密度、低粘度，同时能够在负极端生成具有保护作用的致密固态电解质膜(sei)。本发明尝试通过构建新型电解液体系，试验不同共溶剂和添加剂来实现优秀电解液的调配。


技术实现要素：

3.针对现有技术的不足，本发明提出了一种锂电池电解液及其制备方法、应用。
4.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
5.一种电解液，包括：
6.lifsi或litfsi；
7.乙腈；
8.多氟硅烷；以及
9.添加剂。
10.可选地，所述的添加剂为全氟-1-碘辛烷和/或硝酸锂。
11.可选地，所述的lifsi或litfsi与乙腈的摩尔比为1:2～1:4。
12.可选地，所述的添加剂的添加比例为1％～5％。
13.一种电解液的制备方法，包括以下步骤：
14.将lifsi或litfsi与乙腈混合，进行磁力搅拌，获得电解液初液；
15.向电解液初液中依次加入多氟硅烷以及添加剂，然后磁力搅拌。
16.上述的电解液在锂金属电池(如锂硫电池)中的应用。
17.上述的电解液在锂离子电池(如三元锂电池、磷酸铁锂电池)中的应用。
18.其中，电解液中lifsi:an或litfsi:an为1:2～1:4，以保证在电解液体系中锂盐和主溶剂形成稳定的配位关系，提高锂离子分布均匀性并抑制“穿梭效应”。共溶剂主要作为粘度稀释剂和氟源提供者，能够有效提高电解液离子电导率并形成有益sei。添加剂主要用于抑制锂硫电池中常见的“穿梭效应”，降低副反应程度，提高sei膜稳定性。
19.本发明的有益效果：
20.1.使用廉价的有机溶剂乙腈、多氟硅烷为溶剂，有效降低电解液成本；
21.2.锂盐和乙腈的配位关系能够提供高效的离子传导体系，抑制锂硫电池的“穿梭效应”；
22.3.多氟硅烷能够有效降低电解液的粘度和密度，既提高了电解液的离子电导率也有利于电池总体能量密度的提升；
23.4.电解液添加剂的使用能够稳定电解液体系，提高电池反应效率，形成有益sei膜，对于电池的倍率和循环性能有较大提升。
附图说明
24.下面结合附图对本发明作进一步的说明。
25.图1为本技术的实施例1和对比例1在0.05c倍率条件下的放电曲线；
26.图2为实施例1、实施例2和实施例3在0.05c倍率条件下的放电曲线。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
28.本发明公开了一种电解液及其制备方法，将lifsi(或litfsi)与乙腈摩尔比为1:2～1:4的比例均匀混合，优选的混合比例为1:2.5。混合后磁力搅拌12h，记为电解液初液。
29.向电解液初液中加入多氟硅烷(本专利中使用的多氟硅烷为cas:81290-20-2或cas:115262-01-6)中的一种或两种，多氟硅烷的加入量与初液体积比为1:1，加入完成后的液体记为中间液。向中间液中加入添加剂(全氟-1-碘辛烷cas：507-63-1或硝酸锂)中的一种或两种，加入后将前述电解液磁力搅拌12h，添加剂的添加比例为1％～5％，优选的添加剂比例为总液质量的2％。
30.取涂布工艺制备的锂硫电池正极极片做电解液性能测试，使用本实施例电解液装配cr2016电池，在0.05c倍率下对电池进行放电测试，本实施例与对比例1的放电性能对比如图1。如图所示，使用本实施例所述电解液制备的锂硫电池放电比容量为1322.11mah/g,而对比例1仅为1202.37mah/g，说明本实施例具有明显的有益效果。而且与对比例1比较，本实施例电解液总密度仅为1.05g/cm3，明显低于对比例电解液密度。本实施例和后续所有实施例中锂硫电池正极片的活性物质载量均为2mg/cm2。
31.下面提供具体的实施例。
32.实施例1
33.将lifsi与乙腈摩尔比为1:2.5的比例均匀混合。混合后磁力搅拌12h，记为电解液初液。
34.向电解液初液中加入多氟硅烷(本实施例中使用的多氟硅烷为cas:115262-01-6)，多氟硅烷的加入量与初液体积比为1:1，加入完成后的液体记为中间液。向中间液中加入添加剂(硝酸锂)，加入后将前述电解液磁力搅拌12h，添加剂比例为总液质量的2％。
35.取涂布工艺制备的锂硫电池正极极片做电解液性能测试，使用本实施例电解液装配cr2016电池，在0.05c倍率下对电池进行放电测试，本实施例与对比例1的放电性能对比如图1。如图所示，使用本实施例所述电解液制备的锂硫电池放电比容量为1322.11mah/g,而对比例1仅为1202.37mah/g，说明本实施例具有明显的有益效果。而且与对比例1比较，本
实施例电解液总密度仅为1.05g/cm3，明显低于对比例电解液密度。本实施例和后续所有实施例中锂硫电池正极片的活性物质载量均为2mg/cm2。
36.对比例1.
37.与实施例1不同的是，将多氟硅烷替换为全氟醚(cas:16627-86-2),其余步骤均与实施例1一致。
38.实施例2.
39.与实施例1不同的是，多氟硅烷的加入量调整为与初液的体积比为1:2,其余步骤均与实施例1一致。从图2中可以看出，与实施例1相比实施例2的放电比容量明显下降，仅为1138.42mah/g，这归因于多氟硅烷的减少导致的电解液粘度提高。电解液粘度的提高降低了锂离子在电解液中的传输速率，导致电池放电性能变差。
40.实施例3.
41.与实施例1不同的是，多氟硅烷的加入量调整为与初液的体积比为2:1,其余步骤均与实施例1一致。与实施例1相比，本实施例中电解液粘度有了较大幅度的降低但电池的放电效果依旧不佳，可能是由于电解液中总的锂离子浓度降低，锂离子的平均迁移距离边长，传质速率跟不上电极反应速度。
42.表1实施例1、2、3和对比例1的配比参数
[0043][0044]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0045]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。