一种锂离子电池电解液及其制备方法和锂离子电池

本发明属于锂离子电池，具体涉及一种锂离子电池电解液及其制备方法和锂离子电池。

背景技术：

1、在能源和交通全面低碳化的趋势下，锂离子电池需求旺盛，其中电动汽车成为了最大的锂离子电池市场。然而，目前电动汽车在大多数国家的市场渗透率仍不足30％。大众较低的消费意愿主要来源于巨额的充电时间成本和在极端温度下极易失效。因此，要跨越电动车渗透率鸿沟，急需解决快充瓶颈和对温度得耐受性。

2、当前，解决锂离子电池快充的策略主要包括正负极材料的改性优化、新型导电剂和粘结剂的开发、电解液设计和充电策略优化等。其中，电解液作为锂离子电池中的重要运输媒介，对电池的整体性能起着关键的作用。然而，目前多数电解液仍然难以满足现阶段的需求。其中最主要的原因是目前使用的商业电解液离子电导率低，且形成的sei(solidelectrolyteinterphase)和cei(chemical electrochemical interface)不均匀富含有机物且阻抗较大，严重影响了电池的快充性能和循环寿命。

3、因此，开发一种安全高效的锂离子快充电解液对该领域的快速发展具有切实的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种锂离子电池电解液及其制备方法和锂离子电池，以解决锂离子电池在快充下循环寿命短、库伦效率低和安全风险高的问题以及在极端环境下锂离子电池不工作，失效的问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、第一方面，本发明提供了一种锂离子电池电解液，由有机溶剂、锂盐和添加剂组成；所述有机溶剂是由氟代碳酸乙烯酯和乙酸乙酯构成的混合溶剂，所述锂盐为双氟磺酰亚胺锂盐，所述添加剂为二氟磷酸锂；

4、双氟磺酰亚胺锂盐具有适中的离子迁移数、适中的解离常数、较好的抗氧化性能和良好的熔沸点，易分解生成li3n无机物层有效加速锂离子的迁移且能与各种正负极材料匹配，是现阶段锂离子电池最适用的锂盐；

5、二氟磷酸锂是一种优秀的成膜添加剂，其可以在cei中形成的富lif无机物层能有效加速锂离子的迁移，使电池的倍率性能大幅度提升；

6、氟代碳酸乙烯酯是一种良好的溶剂和成膜剂，其可以在sei中形成的富lif无机物层能有效加速锂离子的迁移，使电池的倍率性能大幅度提升，提高电池的稳定性；乙酸乙酯是一种良好的溶剂，它具有较低的粘度，氧化还原电位较高，低的熔点和高的沸点且价格适中，是很好的锂离子电池电解液溶剂。

7、所述有机溶剂中氟代碳酸乙烯酯和乙酸乙酯的体积比为2:8。

8、所述锂盐在所述锂离子电池电解液中的摩尔浓度为0.8-3mol/l；在该摩尔浓度下，电极表面能形成合适的sei和cei膜，加速锂离子的迁移，提升快充性能。

9、所述添加剂的质量为所述锂离子电池电解液质量的0.1-2wt％。在该质量占比范围内，添加剂能有效改善电解液溶剂化结构和发挥适当的成膜功效，提升快充性能。

10、作为本发明进一步的方案，所述锂盐在所述锂离子电池电解液中的溶度为1.8-2.2mol/l。

11、作为本发明进一步的方案，所述添加剂的质量为所述锂离子电池电解液质量的0.8-1.2wt％。

12、第二方面，本发明提供了一种锂离子电池电解液的制备方法，包括以下步骤：

13、s1.氟代碳酸乙烯酯和乙酸乙酯按照体积比2:8混合均匀，得到混合有机溶剂a；

14、s2.向混合有机溶剂a中加入双氟磺酰亚胺锂盐，混合均匀得到混合溶液b；所述混合溶液b的摩尔浓度为0.8-3mol/l；

15、s3.向混合溶液b中加入二氟磷酸锂，混合均匀得到锂离子电池电解液，所述二氟磷酸锂的添加量占所述锂离子电池电解液质量的0.1-2wt％。

16、作为本发明进一步的方案，所述s1、s2、s3中混合均匀的方式为搅拌混合，所述搅拌混合的线速度为5-8m/s。

17、第三方面，本发明提供一种锂离子电池，包括正极、隔膜、负极、和电解液，所述电解液是如上所述的电解液。

18、作为本发明进一步的方案，所述正极包括正极活性物质，所述正极活性物质包括钴酸锂、镍钴锰酸锂、锰酸锂或磷酸铁锂中的一种或任意多种组合。这些正极材料具有高的离子导率，使得电池在快充条件下具有优异的倍率性能。

19、作为本发明进一步的方案，所述负极为石墨。

20、作为本发明进一步的方案，所述锂离子电池为扣式锂离子电池。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果：

22、1.本发明提供了一种可以适应极端温度环境，在快充条件下离子电导率高，且能诱导形成加速锂离子迁移的功能性sei和cei的锂离子电池电解液，从而赋予包含该电解液的锂离子电池在快充条件下具有良好的循环寿命和库伦效率且能在极端温度环境进行充放电。

23、2.本发明提供的锂离子电池电解液有利于维持电极电解液界面的结构稳定，本发明中有机溶剂、锂盐或添加剂可被还原分解，在电极材料表面形成能使锂离子快速迁移的富含无机物(如li3n、lif等)的固态电解质界面膜，能够加速锂离子的运输并有效维持电极结构，为提高电池的循环寿命奠定了良好的基础。

24、3.本发明中双氟磺酰亚胺锂盐基于有机溶剂的摩尔浓度为0.8-3mol/l；所述添加剂二氟磷酸锂添加量占电解液总质量的0.1-2wt％。以保证电解液可同时具有较低的粘度，良好的熔沸点，较高的离子电导率，较好的倍率性能。通过调控有机溶剂、锂盐和添加剂的种类和配比，使电解液中各组分共同作用，从而赋予锂离子电池电解液具有优异的性能和安全性。本发明通过对电解液的成分进行优化设计，使得形成的sei和cei膜致密均匀且富含无机物，具有较高的离子电导率使得电池形成使电池在高、低温下保持性能稳定，从而兼顾快充和宽温放电性能。本发明的电池可以在25℃下15分钟内充满电，同时45℃下20分钟内充满电，零下20℃也具有不错的放电性能，并且适用于市场上大部分的锂离子电池。

25、4.本发明提供的锂离子电池电解液应用于三元镍钴锰、磷酸铁锂、锰酸锂等正极材料，实现良好的循环寿命和容量保存率，由上述锂离子电池电解液构成的锂离子电池，在25℃、6c的快充条件下，仍能稳定循环200圈，库伦效率高达95％以上，在45℃、3c的快充条件下循环200圈，库伦效率也能达到96％以上，在-20℃、1c的条件下循环200圈，库伦效率也能达到55％以上，因此该锂离子电池电解液非常具备研究价值和商业应用潜力。

26、5.本发明提供的锂离子电池电解液在快充条件下具有较高的安全性和较好的环境适应性。

27、6.本发明提供的锂离子电池电解液的制备方法简单，对设备要求低，且能很好兼容现有工艺，极具大规模应用的潜力。

技术特征：

1.一种锂离子电池电解液，其特征在于，由有机溶剂、锂盐和添加剂组成；所述有机溶剂是由氟代碳酸乙烯酯和乙酸乙酯组成的混合溶剂，所述锂盐为双氟磺酰亚胺锂盐，所述添加剂为二氟磷酸锂；

2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池电解液，其特征在于，所述锂盐在所述锂离子电池电解液中的溶度为2mol/l。

3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池电解液，其特征在于，所述添加剂的质量为所述锂离子电池电解液质量的1wt％。

4.一种由权利要求1所述的锂离子电池电解液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种锂离子电池电解液的制备方法，其特征在于，所述s1、s2、s3中混合均匀的方式为搅拌混合，所述搅拌混合的线速度为5-8m/s。

6.一种锂离子电池，包括正极、隔膜、负极和电解液，其特征在于，所述电解液为权利要求1所述的电解液。

7.根据权利要求6所述的一种锂离子电池，其特征在于，所述正极包括正极活性物质，所述正极活性物质包括钴酸锂、镍钴锰酸锂、锰酸锂或磷酸铁锂中的一种或任意多种组合。

8.根据权利要求6所述的一种锂离子电池，其特征在于，所述负极为石墨。

9.根据权利要求6所述的一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池为扣式锂离子电池。

技术总结本发明公开了一种锂离子电池电解液及其制备方法和锂离子电池，属于锂离子电池技术领域。其中，锂离子电池电解液，由有机溶剂、锂盐和添加剂组成；所述有机溶剂是由氟代碳酸乙烯酯和乙酸乙酯组成的混合溶剂，所述锂盐为双氟磺酰亚胺锂盐，所述添加剂为二氟磷酸锂；所述有机溶剂中氟代碳酸乙烯酯和乙酸乙酯的体积比为2:8；所述锂盐在所述锂离子电池电解液中的摩尔浓度为0.8‑3mol/L；所述添加剂的质量占所述锂离子电池电解液质量的0.1‑2wt％。采用该电解液的锂电池可以在25℃下15分钟内充满电，同时45℃下20分钟内充满电，零下20℃也具有不错的放电性能，并且适用于市场上大部分的锂离子电池。技术研发人员：朱海宝,王方守正,张毅,马军,吴唤唤,丁慧慧,李想,怀双双,王秀芳受保护的技术使用者：安徽建筑大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29