[發明專利]一種低濃度鋰離子電池電解液

在審

• 申請號: 202310535217.1
• 申請日: 2023-05-12
• 公開（公告）號: CN116365039A
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發明（設計）人: 王永蘭;余洋;相江峰;崔棟
• 申請（專利權）人: 遠東電池江蘇有限公司
• 主分類號: H01M10/0568
• 分類號: H01M10/0568;H01M10/0567;H01M10/42;H01M10/0525
• 代理公司: 常州易瑞智新專利代理事務所(普通合伙) 32338
• 代理人: 聶瑤

本發明公開一種低濃度鋰離子電池電解液，包括溶劑、鋰鹽、鋰鹽添加劑和離子液體，所述鋰鹽為六氟磷酸鋰，所述鋰鹽添加劑為酰亞胺鋰鹽，所述離子液體為雙氟磺酰亞胺鹽。本發明中LiFSI的添加可與LiPF₆發揮協同作用，提高了電解液的電導率，熱穩定性以及界面傳質速率；本發明采用離子液體，其可有效消除電解液生產的HF等腐蝕性氣體，提高電解液的安全性，進一步提高電解液電導率。

技術領域

本發明涉及一種一種低濃度鋰離子電池電解液，屬于電化學領域。

背景技術

隨著環保政策的推動，化石能源用量在逐年下降，新型能源系統作為下一代能源的主要組成部分日益受到重視。其中，鋰離子電池具有成本低廉、循環壽命長和安全性高等優點，在儲能系統中至關重要。鋰離子電池主要構成包括正極材料、負極材料、隔膜和電解液，其中電解液在鋰離子電池總成本占比約10％，是導致鋰電成本上漲，限制鋰電大規模推廣的一個重要因素。

電解液在鋰電池中作為正負極材料之間能量運輸的載體，是鋰離子電池的重要組成部分，調控電解液濃度是實現其功能化設計的有效策略之一。鋰鹽濃度與電解液電導率之間存在相關性，電解液中隨著鋰離子的減少離子電導率呈現先上升后下降的趨勢，當鋰濃度下降到＜1mol/L區間范圍內時，其化學性能將會下降。

目前全球鋰資源儲量正在迅速減少，總體價位較高。通過降低鋰鹽在電解液中的濃度，不僅可以減少鋰資源的消耗，而且低濃度電解液具有良好的潤濕性、低粘度和成本低的優點，但其差的電化學性能限制了低濃度電解液的大規模應用。

如何減少鋰原料的使用，同時獲得良好的化學性能，保持電池的安全性能和倍率性能，成為行業的技術壁壘之一。

發明內容

本發明的目的是提供一種低濃度鋰離子電池電解液。

實現本發明目的的技術方案是：一種低濃度鋰離子電池電解液，包括溶劑、鋰鹽、鋰鹽添加劑和離子液體，所述鋰鹽為六氟磷酸鋰(LiPF₆)，所述鋰鹽添加劑為酰亞胺鋰鹽，所述離子液體為雙氟磺酰亞胺鹽。

相比傳統鋰離子電池電解液，本發明采用低濃度鋰離子體系，有效減少了鋰金屬的消耗，降低了體系成本。

本電解液系統中，離子液體全部由離子組成，在室溫或相鄰溫度下呈現液態的物質，傳統有機電解液相比，電壓窗口寬、安全性好、導電率高、穩定性好，蒸汽壓低，環境友好等優點，雙氟磺酰亞胺鹽類離子液體中的氟磺酰亞胺陰離子可通過清除電解液中的質子性酸HF和活潑的OPF₃，阻斷HF的持續產生，提高電解液的熱穩定性。

本方案的LiPF₆與離子液體間起到了協同作用。其中LiPF₆具有較高的溶解度、有較高的電導率、較高的氧化電位以及在石墨及金屬Li表面形成優良的SEI膜等優點，還能很好地鈍化Al箔，但其易水解與熱力學穩定性差；雙氟磺酰亞胺鋰相對于LiPF₆具有熱穩定性好、離子電導率高、對水分不敏感且對石墨兼容性較好，同時可提高界面膜中的氟、硫和氮含量，有利于Li+在電極/電解液界面處的傳輸，降低電荷轉移阻抗，但其對Al集流體的強腐蝕作用。將二者配合使用，可在Al箔腐蝕及熱穩定性、離子電導率及鋰金屬成本方面獲得平衡。

進一步地，所述鋰鹽添加劑包括雙氟磺酰亞胺鋰、雙三氟甲基磺酰亞胺鋰，鋰鹽添加劑濃度在0.1-0.2wt％。

隨著鋰鹽添加劑的濃度變化，接觸角、吸液率及直流內阻和循環容量保持率軍會有所變化，需根據實際需要進行濃度調節。

進一步地，所述六氟磷酸鋰的濃度為0.1-0.5M。

LiPF₆濃度越低，接觸角越小，吸液率越大，潤濕性能越好。LiPF₆的濃度越低，電池的直流內阻越大，循環性能越差。