[發(fā)明專利]一種高安全型鋰電池寬溫度范圍電解液及其制備方法和鋰電池

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• 申請日: 2020-05-15
• 公開（公告）號: CN111697268A
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發(fā)明（設計）人: 邵俊華;孔東波;李海杰;張利娟;王郝為;王亞洲;閆國鋒;侯紅歧;杜珍;郭飛;謝佳慶
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南博信新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M10/0568
• 分類號: H01M10/0568;H01M10/058;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 鄧建輝

本發(fā)明提供了一種高安全型鋰電池寬溫度范圍電解液及其制備方法和鋰電池。使用了本發(fā)明電解液的電池，高、低溫性能及其它電化學性能均較佳，常溫1C/1C循環(huán)2000周容量保持率達到了90.2%，1C/3C倍率放電容量保持率達到了92.41%，高溫45℃ 1C/1C循環(huán)1000周容量保持率達到了84.19%。電池高溫55℃擱置60天不起皮，不產(chǎn)氣。?10℃ 1C/1C循環(huán)300周容量保持率達到了96.26%，?40℃放電容量比例達到了80.63%。此外，針刺、短路、過充、過放、跌落、冷熱沖擊、擠壓等各項安全性能均合格。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高安全型鋰電池寬溫度范圍電解液及其制備方法和鋰電池。

背景技術(shù)

鋰離子電池具有能量密度高、循環(huán)性能好、儲存時間長、自放電小等優(yōu)點，廣泛應用于3C電子產(chǎn)品、便攜式電子設備、電動汽車和航天航空領(lǐng)域，有望逐步替代傳統(tǒng)儲能裝置，如鉛酸電池、鎳鎘電池和鎳氫電池。鋰離子電池主要由正極材料、負極材料、電解液和隔膜組成。

對于電解液而言，目前商業(yè)化應用最廣的電解液體系為六氟磷酸鋰（LiPF₆）的混合碳酸酯溶液。CN102170023A公開了一種六氟磷酸鋰電解液的制備方法，該電解液將干燥脫水后的鹵化鋰溶解在無水氟化氫中，然后密閉通入定量的五氟化磷氣體，在溫度為-15~60℃、壓力為0~0.4MPa條件下反應，制得20%左右濃度的六氟磷酸鋰溶液，經(jīng)過惰性氣體熱氣流干燥后得到六氟磷酸鋰粉狀結(jié)晶，再通過惰性氣體熱氣流干燥或真空干燥得到電解液使用要求的六氟磷酸鋰電解質(zhì)，然后將六氟磷酸鋰電解質(zhì)與電池級有機碳酸酯類溶劑混合溶解，通過精密過濾，得到鋰離子電池用六氟磷酸鋰電解液。CN103296306A提供了一種鋰離子電池電解液，包括環(huán)狀碳酸酯、鋰鹽和添加劑，其中環(huán)狀碳酸酯為聚碳酸酯，鋰鹽為六氟磷酸鋰和過氯酸鋰，添加劑為成膜添加劑和阻燃添加劑，該發(fā)明的鋰離子電池電解液具有較高的可逆比容量和較佳的循環(huán)充放電性能。

現(xiàn)有技術(shù)中，LiPF₆的電解液體系存在兩方面問題。一方面，該體系中的溶質(zhì)LiPF₆會在高溫時分解，對水敏感，易產(chǎn)生HF腐蝕集流體、破壞SEI膜和電極活性物質(zhì)，使電池性能迅速衰減，難于在高溫下使用；另一方面，電解液溶劑的凝固點高，低溫下電導率低，低溫下容量發(fā)揮小。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明提出一種高安全型鋰電池寬溫度范圍電解液及其制備方法和鋰電池。

根據(jù)本發(fā)明第一方面實施例的高安全型鋰電池寬溫度范圍電解液，制備原料包括：鋰鹽、溶劑和添加劑，所述鋰鹽在電解液中的占比為2~18 wt%，所述鋰鹽為六氟磷酸鋰和雙氟磺酰亞胺鋰的混合。

商業(yè)化電解液溶質(zhì)均為LiPF₆，因為使用LiPF₆作為電解液溶質(zhì)，其在非質(zhì)子型有機溶劑中具有相對較好的離子電導率和電化學穩(wěn)定性。另外，LiPF₆電解質(zhì)能夠與集流體Al形成一層保護膜，從而減弱電解液對集流體Al的腐蝕性。更為重要的是基于LiPF₆溶質(zhì)的碳酸酯電解液能夠在石墨負極形成一層固態(tài)電解質(zhì)界面（SEI）膜，從而隔絕電解液與石墨負極之間的不良反應，促進鋰電池具有好的長循環(huán)性能。然而，LiPF₆高溫性能差問題不容忽視，本發(fā)明的實施方式中采用能部分替代LiPF₆的LiFSI來提高鋰電池的高溫性能，LiFSI具有離子電導率高和對水敏感度低的優(yōu)點，分解溫度大于200℃，熱穩(wěn)定性高，同時低溫性能也較好。

根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，所述鋰鹽中，六氟磷酸鋰和雙氟磺酰亞胺鋰的質(zhì)量比為1~10:1，優(yōu)選5:2。

根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，所述溶劑為碳酸甲乙酯、丙酸乙酯和碳酸乙烯酯的混合。

根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，所述溶劑中，碳酸甲乙酯、丙酸乙酯和碳酸乙烯酯的質(zhì)量比為1~10:1~10:1~5，優(yōu)選5:2:3。