本發明涉及鋰離子電池技術領域,具體為一種鋰離子電池的高溫電解液。
背景技術:
近年來高鎳材料被應用到電動汽車電池中,但是Ni含量的提升讓原本就不太安全的三元材料熱穩定性變得更加不可控。將NCM與LMFP復合能有效提升電池安全性,但是LMFP本身存在電子電導率、離子擴散低以及受Jahn-Taller影響的問題,材料本身循環性能較差,尤其是高溫情況下,Mn溶出加劇了材料衰減。高鎳三元本身也會因為Ni元素含量的增高容易發生陽離子混排,同時,高鎳三元在高溫情況下更容易與水和CO2反應,造成電池產氣影響循環。而動力電池組在實際使用中,即便是有BMS的管控,模組溫升也往往達到50℃以上,目前復合材料55℃循環壽命不超過500周,因此如何提升電池在高溫情況下的循環壽命成為非常重要的問題。
技術實現要素:
為了解決電池在高溫情況下的循環壽命問題,本發明提供了一種鋰離子電池的高溫電解液,包括有機溶劑及添加劑,其特征在于:還包括鋰鹽混合物,所述鋰鹽混合物為含鋰的摩爾濃度為1.0mol/L~1.4mol/L的六氟磷酸鋰與新型鋰鹽的混合物。
優選地,所述新型鋰鹽包括雙草酸硼酸鋰(LiBOB)、四氟硼酸鋰(LiBF4)雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰(LiTFSI)、雙氟代磺酰亞胺鋰(LiFSI)中的至少一種。
優選地,所述有機溶劑為含體積分數0~40%環狀碳酸酯和含體積分數60~100%鏈狀碳酸酯的混合試劑。
優選地,所述環狀碳酸酯包括碳酸丙烯酯(PC)或碳酸乙烯酯(EC)。
優選地,所述所述鏈狀碳酸酯包括碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)或碳酸甲基乙基酯(EMC)。
將上述溶劑中的兩種以上混合,組成沸點較高的混合溶劑,在高溫循環時表現出更好的穩定性。
優選地,所述添加劑為質量濃度為0~3%的成膜添加劑。
優選地,所述成膜添加劑為草酸二氟硼酸鋰(LiODFB)、碳酸亞乙烯酯(VC)或丙磺酸內酯(PS)的兩種聯用。
優選地,所述添加劑為質量濃度為0~3%的成膜添加劑中添加有質量濃度為0~2.0%的除水除酸添加劑。
優選地,所述除水除酸添加劑為丁二腈(SN)或己二腈(ADN),其在酸性環境下會水解成酰胺,表現出一定的除水分能力,又由于-CN鍵可以與金屬離子配位,削弱正極金屬離子對電解液的氧化作用,同時絡合HF酸,從而表現出一定除酸能力。
使用本發明還提供的高溫電解液制備的鋰離子電池,其制備過程為:
電解液制備:體積分數0~40%環狀碳酸酯和體積分數60~100%鏈狀碳酸酯的混合試劑按照固定體積比混合均勻后,加入含有1.0mol/L~1.4mol/L的六氟磷酸鋰與新型鋰鹽的混合物,再投入質量濃度為0~3%的成膜添加劑和質量濃度為0~2.0%的除水除酸添加劑,混合均勻后待用。
電池正極制備:以甲基吡咯烷酮(NMP)為溶劑,完全溶解得到1~3.5%的聚偏氟乙烯(PVDF)溶液,加入1~3.5%的納米碳管高速分散,然后混入93~98%的復合正極活性物質,充分合漿后使用涂布機均勻涂敷在厚度為12~18μm鋁箔上,烘干、輥壓、分切后,制成正極極片,漿料粘度:6000~8000mPa.S,正極涂敷面密度340~430g/m2(雙面)。
電池負極制備:以去離子水為溶劑,完全分散得到1~3%的羧甲基纖維素(CMC)后,混入1~2%的乙炔黑和92~97%的負極活性物質人造石墨,最后再與1~3%的丁苯橡膠(SBR)混合制漿,然后涂敷在厚度為8~12μm銅箔上,烘烤、輥壓、分切后制成負極極片,漿料粘度:3000~5000mPa.S,負極涂敷面密度190~240g/m2(雙面)。
電池制備:根據所需正負極片尺寸,用隔膜將正負極隔離卷繞成電芯,然后兩只電芯并聯入殼后激光焊,注入本發明的高溫電解液。所述隔膜為涂層隔膜,在PE(或者PP/PE復合)基體兩面涂敷陶瓷(Al2O3或SiO2),后在陶瓷層表面涂敷PVDF膠或者水系AFL膠,組成總厚度為12~20μm。
所述的電池,可以是鋁殼、鋼殼或者是塑殼材料,電池容量10~60Ah。
以LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2/LiMn0.8Fe0.2PO4復合正極材料的鋰離子電池的制備為例對本發明作進一步的說明,其中保持正負極材料和鋰離子電池的制備過程相同,比較不同電解液對鋰離子電池在高溫下循環次數的影響。
對比例的電解液:溶劑EC、EMC、DMC,按照體積比1:1:1混合均勻后,加入1.2mol/L LiPF6,再投入2%wt的VC添加劑。
本發明提供的電解液1:溶劑EC、EMC、DMC,按照體積比1:1:1混合均勻后,加入含有1.0mol/L的LiPF6和0.2mol/L的LiFSI,再投入2%wt的VC,0.5%wt的LiODFB成膜添加劑和0.5%wt的AND除水除酸添加劑。
本發明提供的電解液2:溶劑EC、EMC、DMC,按照體積比3:3:4混合均勻后,加入含有1.0mol/L的LiPF6和0.2mol/L的LiFSI,再投入2%wt的PS,0.5%wt的LiODFB成膜添加劑,混合均勻后待用。
本發明提供的電解液3:溶劑EC、EMC、DEC,按照體積比1:1:1混合均勻后,加入含有1.0mol/L的LiPF6和0.2mol/L的LiFSI,再投入2%wt的VC,0.5%wt的LiODFB成膜添加劑,混合均勻后待用。
將上述不同的電解液按照相同的鋰電池的制備步驟分別制成其他參數相同僅電解液不同的不同型號鋰電池,分別對其性能進行測試。其中鋰離子電池采用卷繞式結構,制作成38Ah的方形鋁殼電池。其中制作電池高溫循環電池在恒溫箱保溫5h,1C充電至4.2V后恒定電壓至電流達0.05C終止,靜止1h,恒流放電至3.0V。其他測試參數均參考GB/T 31484-2015《電動汽車用動力蓄電池循環壽命要求及試驗方法》。
測試結果見下表及附圖1。
通過附圖1的測試曲線及上述表格中的數據對比可以看出:使用本發明提供的一種鋰離子電池的高溫電解液制備的鋰離子電池與現有技術電解液制備的鋰離子電池相比,其在55℃高溫循環性能從460周提升至800周。
本發明提供的一種鋰離子電池的高溫電解液,由環狀碳酸酯與鏈狀碳酸酯混組成沸點較高的混合試劑,在高溫循環時表現出更好的穩定性;同時將傳統鋰鹽六氟磷酸鋰與新型鋰鹽混合使用;在成膜添加劑中加入除水除酸添加劑,其在酸性環境下會水解成酰胺,表現出一定的除水分能力,同時絡合HF酸,從而表現出一定除酸能力,降低了復合正極材料在高溫情況下與水和CO2的反應。使用本發明提供的高溫電解液制備的鋰離子電池通過實驗證實其高溫循環性能得到了有效的改善。
附圖說明
通過閱讀下文優選實施方式的詳細描述,各種其他的優點和益處對于本領域普通技術人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優選實施方式的目的,而并不認為是對本發明的限制。而且在整個附圖中,用相同的參考符號表示相同的部件。在附圖中:
圖1為本發明的鋰電子電池在55℃高溫下的循環測試曲線。
具體實施方式
下面將參照附圖更詳細地描述本公開的示例性實施方式。雖然附圖中顯示了本公開的示例性實施方式,然而應當理解,可以以各種形式實現本公開而不應被這里闡述的實施方式所限制。相反,提供這些實施方式是為了能夠更透徹地理解本公開,并且能夠將本公開的范圍完整的傳達給本領域的技術人員。
實施例一
電解液制備:溶劑EC、EMC、DMC,按照體積比1:1:1混合均勻后,加入含有1.0mol/L的LiPF6和0.2mol/L的LiFSI,再投入2%wt的VC,0.5%wt的LiODFB成膜添加劑和0.5%wt的AND除水除酸添加劑,混合均勻后待用。
實施例二
電解液制備:溶劑EC、EMC、DMC,按照體積比3:3:4混合均勻后,加入含有1.0mol/L的LiPF6和0.2mol/L的LiFSI,再投入2%wt的PS,0.5%wt的LiODFB成膜添加劑,混合均勻后待用。
實施例三
電解液制備:溶劑EC、EMC、DEC,按照體積比1:1:1混合均勻后,加入含有1.0mol/L的LiPF6和0.2mol/L的LiFSI,再投入2%wt的VC,0.5%wt的LiODFB成膜添加劑,混合均勻后待用。
實施例四
電解液制備:溶劑PC、EMC、DEC,按照體積比0.1:2.9:7混合均勻后,加入含有1.0mol/L的LiPF6和0.4mol/L的LiBOB,再投入1%wt的PS,2%wt的LiODFB成膜添加劑和2%wt的SN除水除酸添加劑,混合均勻后待用。
實施例五
電解液制備:溶劑PC、EMC、DEC,按照體積比2:3:3混合均勻后,加入含有0.8mol/L的LiPF6、0.1mol/L的LiBF4和0.1mol/L的LiTFSI,再投入0.1%wt的PS,0.1%wt的VC成膜添加劑和0.1%wt的SN除水除酸添加劑,混合均勻后待用。
按照如下步驟,將上述對比例電解液及實施例一~三電解液分別制成其他參數相同僅電解液不同的不同型號鋰電池,分別對其性能進行測試。
電池正極制備:以甲基吡咯烷酮(NMP)為溶劑,完全溶解得到3%的聚偏氟乙烯(PVDF)溶液,加入3%的納米碳管高速分散,然后混入94%的復合正極活性物質,充分合漿后使用涂布機均勻涂敷在厚度為15μm鋁箔上,烘干、輥壓、分切后,制成正極極片,漿料粘度:7000mPa.S,正極涂敷面密度380g/m2(雙面)。
電池負極制備:以去離子水為溶劑,完全分散得到2%的羧甲基纖維素(CMC)后,混入2%的乙炔黑和94%的負極活性物質人造石墨,最后再與2%的丁苯橡膠(SBR)混合制漿,然后涂敷在厚度為10μm銅箔上,烘烤、輥壓、分切后制成負極極片,漿料粘度:4000mPa.S,負極涂敷面密度196g/m2(雙面)。
電池制備:根據所需正負極片尺寸,用隔膜將正負極隔離卷繞成電芯,然后兩只電芯并聯入殼后激光焊,注入上述電解液。所述隔膜為涂層隔膜,在PE基體兩面涂敷Al2O3陶瓷,后在陶瓷層表面涂敷PVDF膠,組成總厚度為16μm。
測試結果見附圖1,可以看出使用本發明提供的一種鋰離子電池的高溫電解液制備的鋰離子電池與現有技術電解液制備的鋰離子電池相比,其在55℃高溫循環性能從460周提升至800周。
以上所述,僅為本發明較佳的具體實施方式,但本發明的保護范圍并不局限于此,任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內,可輕易想到的變化或替換,都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此,本發明的保護范圍應所述以權利要求的保護范圍為準。