[發明專利]一種用于磷酸鐵鋰電池的電解液及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202210926566.1
• 申請日: 2022-08-03
• 公開（公告）號: CN115207470A
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 盛松松;胡強;劉漢祥;苑丁丁
• 申請（專利權）人: 湖北億緯動力有限公司
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/42;H01M10/0525;B60L50/60
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 趙穎

本發明提供一種用于磷酸鐵鋰電池的電解液及其制備方法和應用，所述電解液按照質量百分比計，包括鋰鹽8～15％、溶劑81～90％和添加劑0.5～10％；且所述添加劑包括乙烯酯類化合物和乙二醇的組合；通過選擇乙烯酯類化合物和乙二醇的組合作為添加劑，可以使得到的電解液具有低粘度、低熔點和高沸點，進而可以有效地改善電極界面與電解液的相容性，提高SEI膜的穩定性，從而提高磷酸鐵鋰電池的電化學性能。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種用于磷酸鐵鋰電池的電解液及其制備方法和應用。

背景技術

磷酸鐵鋰電池因具有成本低、安全性能優異等優點而成為儲能及動力領域的一大研究熱門，但是性能如此優異的磷酸鐵鋰電池對溫度十分敏感。研究表明，低溫條件下，磷酸鐵鋰電池的電壓和容量會發生明顯降低、內阻顯著增大。因此，改善磷酸鐵鋰電池的低溫性能成為各行業的當務之急。

針對上述問題，研究者們通常從以下幾個方面對磷酸鐵鋰電池進行相關的改善：

(1)通過表面處理(氧化、氟化)、包覆(碳包覆、金屬包覆)、摻雜來增大石墨層間距、控制顆粒大小等途徑來改善材料的電導率和離子傳輸速率。CN114335479A公開了一種碳包覆磷酸鐵鋰正極材料、其制備方法及鋰離子電池。該碳包覆磷酸鐵鋰正極材料的制備方法包括：在第一惰性氣氛下，使鋰源和亞鐵源及第一溶劑進行第一次混合，得到第一原料液；在第二惰性氣氛下，使磷源、輔助劑及第二溶劑進行第二次混合，得到第二原料液，輔助劑選自龍膽二糖和/或龍膽三糖；使第一原料液和第二原料液進行水熱合成反應，得到含碳非晶包覆層的磷酸鐵鋰；及在第三惰性氣氛下，使含碳非晶包覆層的磷酸鐵鋰進行燒結，得到碳包覆磷酸鐵鋰正極材料。采用上述方法能夠大大提高正極材料中碳包覆層均勻性，從而能夠大幅提高其導電性能及能量密度。

(2)對磷酸鐵鋰進行離子摻雜(鑭、鈰)來增加其導電性。CN103367746A公開了一種多離子摻雜的碳包覆磷酸鐵鋰電池材料及其制備方法，材料的結構可以表述為Li_1-xM`<sub>x</sub>Fe<sub>1-y</sub>My(PO<sub>4</sub>)<sub>1-z</sub>F<sub>z</sub>/C，其中0.001≤x≤0.1，0.001≤y≤0.1，0.001≤z≤0.1，M`和M分別為在鋰位和鐵位摻雜的金屬離子，C為包覆于磷酸鐵鋰表面的有機物裂解碳，M`和F來自氟化物M`F_n(n＝1、2、3或4)。制備方法是：共沉淀法制備含結晶水的摻雜磷酸鐵；對含結晶水磷酸鐵熱處理，除去結晶水；將摻雜磷酸鐵、鋰源、氟化物M’F_n和有機碳源混合球磨、干燥、焙燒，得到多離子摻雜的碳包覆磷酸鐵鋰電池材料。該發明制備的磷酸鐵鋰放電比容量高、倍率性能優異，在動力電池領域極具應用前景。

(3)采用新型的固體電解質、聚合物離子液體或者其他導電性優良的電解液類型來降低電解液的凝固點，從而減小電解液的阻抗。CN101699642A公開了一種磷酸鐵鋰電池正極極片的制作方法，該方法包括如下步驟：先取磷酸鐵鋰、聚偏氟乙烯、碳黑、導電石墨和鈦酸鋰形成混合物，再將混合物在惰性氣體氣氛中烘烤，將烘烤后的混合物冷卻，冷卻后的混合物在球磨機中球磨、過篩后密封保存待用，將過篩后的混合物粉料倒入N-甲基吡咯烷酮溶液中，并在真空條件下攪拌使其充分溶解，制成漿料，再取鋁箔，將漿料涂在鋁箔表面，再涂敷有漿料的極板真空烘烤箱內烘烤，真空烘烤后的極板軋成極片，即得到磷酸鐵鋰電池正極極片。該發明方法制得的極片具有內阻低、高倍率、高循環的性能，而且操作方法簡單易行，非常適合在以高能二次電池為能源驅動的電動車和電動工具上使用。

然而，以上方案均會增加生產成本，難以實現工業規模化生產，且并不能有效地改善磷酸鐵鋰電池的低溫性能。

因此，急需開發一種具備低粘度、低熔點和高沸點的電解液，從而改善磷酸鐵鋰電池的低溫性能。

發明內容