一种混合锂盐电解液及其制备方法与应用

本发明涉及锂离子电池，尤其涉及一种混合锂盐电解液及其制备方法与应用。

背景技术：

1、锂离子电池是现如今最为成功的商业化二次电池，它有着高实际能量密度、长循环寿命等优势。然而，蓬勃发展的电动汽车(ev)行业对电池性能提出了更严格的要求，例如快速充电能力和宽温度范围内的安全性等。具体来说，负极由于其缓慢的电化学反应动力学而被视为电池安全性和快速充电性能的限制因素。在实际应用中，石墨电极具有较高的理论比容量(372mah/g)、良好的电子和离子导电性以及较长的循环寿命，加上其较低的嵌锂电位(＜0.2v vs li+/li)，使电池能够实现相对较高的能量密度，因此成为商用锂离子电池(lib)的常用负极材料。然而，石墨负极仍然受到较差的li插层动力学的影响，尤其在低温条件下充电时，锂离子无法嵌入石墨，在其表面发生沉积析锂，从而产生安全隐患。因此，石墨负极和电解液之间的界面稳定性问题是阻碍电解液性能提升，乃至于阻碍锂离子电池技术向前发展的难题。

2、为了提高电池性能，近年来研究人员通过各种方式提高石墨负极的电化学性能，包括石墨结构的改性、采用复合材料、优化充电程序、开发先进的电解液等。在这些方法中，研究人员发现先进的电解液对于快速充电具有极大的有效性和便利性。目前，相关电解液的设计主要围绕固体电解质间相(sei)结构和溶剂化锂离子结构两个方面，通过调节sei的结构、优化溶剂化结构展开。人们普遍认为，sei中的无机成分有助于提高热力学稳定性、机械性、结构致密性和离子导电性，而sei中的有机成分则提供了其柔性。值得注意的是，sei的大多数无机成分(即li3n、li2o和li2co3)的离子迁移势垒低于烷基碳酸锂。因此，调节电解液组成对于优化sei结构非常重要。

3、因此，本领域技术人员致力于围绕现有电解液溶剂、锂盐或成熟电解液，开发新的电解液添加剂及电解液，以进一步改善锂离子电池性能。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种混合锂盐电解液及其制备方法与应用，改善电解液与石墨电极的界面问题，提升电解液在石墨基电池中的电化学性能，使电解液更好地在石墨基电池中应用。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种混合锂盐电解液，包含以下原料：电解质锂盐、无机锂化合物添加剂、有机添加剂和碳酸酯类溶剂；

4、其中，所述无机锂化合物添加剂为li2o、lif、li2co3与lino3的混合物；

5、所述li2o、所述lif、所述li2co3与所述lino3在混合锂盐电解液中的浓度独立的为0.05～0.2mol/l。

6、优选的，在所述一种混合锂盐电解液中，所述电解质锂盐包括六氟磷酸锂、双三氟甲磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、高氯酸锂、二氟草酸硼酸锂和四氟硼酸锂中的一种或多种。

7、优选的，在所述一种混合锂盐电解液中，所述电解质锂盐中包含的锂离子在混合锂盐电解液中的浓度为0.5～2mol/l。

8、优选的，在所述一种混合锂盐电解液中，所述有机添加剂包括氟代碳酸乙烯酯和/或碳酸亚乙烯酯。

9、优选的，在所述一种混合锂盐电解液中，所述碳酸酯类溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲酯乙酯和碳酸二乙酯中的一种或多种。

10、优选的，在所述一种混合锂盐电解液中，所述氟代碳酸乙烯酯与所述碳酸亚乙烯酯的体积独立的为混合锂盐电解液总体积的1～5％。

11、优选的，在所述一种混合锂盐电解液中，所述li2o、lif、li2co3与lino3的粒径独立的为80～100nm。

12、本发明还提供了一种所述混合锂盐电解液的制备方法，包括以下步骤：

13、将电解质锂盐、无机锂化合物添加剂、有机添加剂和碳酸酯类溶剂混合，得到混合锂盐电解液。

14、本发明还提供了一种所述混合锂盐电解液或一种所述混合锂盐电解液的制备方法制得的混合锂盐电解液在锂离子电池中的应用，所述锂离子电池包括：正极、负极、混合锂盐电解液和位于正极与负极之间的隔离膜。

15、优选的，在所述一种混合锂盐电解液在锂离子电池中的应用中，所述负极包括负极集流体和负极膜片；所述负极膜片包括负极活性材料、导电剂和粘结剂；所述负极活性材料包括金属锂、天然石墨、人造石墨、中间相微碳球、硬碳、软碳、硅与硅-碳复合物中的一种或多种。

16、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

17、本发明通过在现有锂离子电池的电解液中添加4种锂化合物混合的无机锂添加剂，能够起到高效成膜的作用，并且这4种锂化合物形成的高熵体系可促进一些低溶解度锂盐，如硝酸锂lino3的溶解。另外，体系较高的无序性引起的较弱的溶剂化作用导致了锂离子动力学的改善，阴离子溶剂化结构的存在可促进电极表面在低温下快速形成稳定的界面，从而有效提高电池的性能。

技术特征：

1.一种混合锂盐电解液，其特征在于，包含以下原料：电解质锂盐、无机锂化合物添加剂、有机添加剂和碳酸酯类溶剂；

2.如权利要求1所述的一种混合锂盐电解液，其特征在于，所述电解质锂盐包括六氟磷酸锂、双三氟甲磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、高氯酸锂、二氟草酸硼酸锂和四氟硼酸锂中的一种或多种。

3.如权利要求1或2所述的一种混合锂盐电解液，其特征在于，所述电解质锂盐中包含的锂离子在混合锂盐电解液中的浓度为0.5～2mol/l。

4.如权利要求1所述的一种混合锂盐电解液，其特征在于，所述有机添加剂包括氟代碳酸乙烯酯和/或碳酸亚乙烯酯。

5.如权利要求1或4所述的一种混合锂盐电解液，其特征在于，所述碳酸酯类溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲酯乙酯和碳酸二乙酯中的一种或多种。

6.如权利要求4所述的一种混合锂盐电解液，其特征在于，所述氟代碳酸乙烯酯与所述碳酸亚乙烯酯的体积独立的为混合锂盐电解液总体积的1～5％。

7.如权利要求1所述的一种混合锂盐电解液，其特征在于，所述li2o、lif、li2co3与lino3的粒径独立的为80～100nm。

8.权利要求1～7任一项所述的一种混合锂盐电解液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.权利要求1～7任一项所述的一种混合锂盐电解液或权利要求8所述的一种混合锂盐电解液的制备方法制得的混合锂盐电解液在锂离子电池中的应用，其特征在于，所述锂离子电池包括：正极、负极、混合锂盐电解液和位于正极与负极之间的隔离膜。

10.如权利要求9所述的一种混合锂盐电解液在锂离子电池中的应用，其特征在于，所述负极包括负极集流体和负极膜片；所述负极膜片包括负极活性材料、导电剂和粘结剂；所述负极活性材料包括金属锂、天然石墨、人造石墨、中间相微碳球、硬碳、软碳、硅与硅-碳复合物中的一种或多种。

技术总结
本发明属于锂离子电池技术领域，公开了一种混合锂盐电解液及其制备方法与应用。本发明所述混合锂盐电解液，包含以下原料：电解质锂盐、无机锂化合物添加剂、有机添加剂和碳酸酯类溶剂。本发明通过在现有锂离子电池的电解液中添加4种锂化合物混合的无机锂添加剂，能够起到高效成膜的作用，并且这4种锂化合物形成的高熵体系可促进一些低溶解度锂盐，如硝酸锂LiNO<subgt;3</subgt;的溶解。另外，体系较高的无序性引起的较弱的溶剂化作用导致了锂离子动力学的改善，阴离子溶剂化结构的存在可促进电极表面在低温下快速形成稳定的界面，从而有效提高电池的性能。

技术研发人员：林紫锋,罗宗斌
受保护的技术使用者：四川大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/7