權(quán)利要求
1.用于鋰離子電池的寬溫域電解質(zhì)制備方法，其特征在于，寬溫域電解質(zhì)制備步驟如下：將交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)材料在電解液中混合均勻后加入導(dǎo)鋰離子粉體材料，繼續(xù)混合均勻，得到混合液，隨后將所述混合液注入鋰離子電池內(nèi)，在40～100℃下靜置1～10h，原位聚合后得到用于鋰離子電池的寬溫域電解質(zhì)；
所述交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)材料、電解液、導(dǎo)鋰離子粉體材料的質(zhì)量比為2～1∶100∶0.5～20；
所述交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)材料為聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇單油酸酯、聚乙二醇二甲苯磺酸酯、聚乙二醇乙二酯、聚乙二醇單月桂酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇甲基丙烯酸酯中的一種以上，交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)材料分子量為200～1000；
所述電解液由鋰鹽和溶劑組成，電解液水分低于20ppm；
所述電解液中鋰鹽濃度為0.8～2.5mol/L，鋰鹽由六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、雙氟磺酰亞胺鋰、雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰、二氟草酸硼酸鋰中的一種以上；
所述電解液中溶劑為砜類和脂類復(fù)合組成，其中砜類為環(huán)丁砜、二乙基砜、苯乙砜、二苯基砜、三氟甲基乙基砜、三氟甲基丙基砜、乙基異丙基砜中的一種以上；
脂類為碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸亞乙烯酯、丙酸乙酯、氟代碳酸乙烯酯中的一種以上；
所述導(dǎo)鋰離子粉體材料為二氧化硅、三氧化二鋁、氮化硅、氮化鋁、鋰鑭鋯氧、鋰鑭鈦氧中的一種以上，所述導(dǎo)鋰離子粉體材料的粒徑為10～200nm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于鋰離子電池的寬溫域電解質(zhì)制備方法，其特征在于，原位聚合后寬溫域電解質(zhì)為液態(tài)-凝膠態(tài)共存的電解質(zhì)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)鋰離子粉體材料分散于凝膠態(tài)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于鋰離子電池的寬溫域電解質(zhì)制備方法，其特征在于，原位聚合后寬溫域電解質(zhì)使用溫度為-60～80℃。
說(shuō)明書
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明公開了一種用于鋰離子電池的寬溫域電解質(zhì)制備方法，屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)
[0002]目前商業(yè)化生產(chǎn)的鋰離子電池主要采用有機(jī)電解液體系，一般以六氟磷酸鋰為鋰鹽，以碳酸乙烯酯-碳酸甲乙酯-碳酸二乙酯等作為溶劑，當(dāng)使用溫度大于45℃時(shí)，由于溶劑揮發(fā)、鋰鹽分解、固液界面不穩(wěn)定等因素，造成電池脹氣、乃至爆炸，產(chǎn)生重大安全隱患；而當(dāng)溫度低于0℃時(shí)，隨著溫度降低，電解液的粘度增加，電導(dǎo)率下降，內(nèi)阻增加，鋰離子的遷移受阻，造成電池?zé)o法放電。
[0003]由于電解液的限制，目前商用鋰離子電池的適用溫度范圍多為0～45℃。據(jù)公開資料顯示，我國(guó)西北區(qū)域，每年十月后，將進(jìn)入6個(gè)月的冬季，溫度將下降至-30℃到-40℃，而夏季地表溫度則達(dá)到60℃以上，戶外裝置使用的鋰離子電池面臨-40～60℃的環(huán)境溫度變化，對(duì)寬溫域電池有迫切的需求。
[0004]目前對(duì)寬溫域鋰離子電池電解質(zhì)的研究多單一集中于高溫性能或低溫性能，暫未見(jiàn)可以應(yīng)用于寬溫域的鋰離子電池電解質(zhì)。如專利CN111987351B，公開一種聚合物凝膠電解質(zhì)及其制備方法和應(yīng)用，專利CN113851707A，公開一種凝膠電解質(zhì)及其制備方法和電池，這些方法提高了電解質(zhì)常溫的穩(wěn)定性，但對(duì)低溫性能和高溫性能并不能兼顧；專利CN111261942A，公開阻燃型鋰離子電池電解液，通過(guò)添加阻燃劑，提高了電池的高溫安全性，但不涉及電池低溫性能；專利CN113161618A，公開一種寬溫域工作的鋰二次電池高電壓電解液及其制備方法和應(yīng)用，該方法通過(guò)添加電解液添加劑，提高電解液的耐高電壓能力，并不涉及電解液低溫性能；專利CN113745662A，公開一種阻燃型寬溫域電解液及其制備方法與應(yīng)用，該方法通過(guò)在電解液中添加阻燃劑提高電池高溫安全性能，并不能改善低溫性能；專利CN112331917A，公開一種寬溫域鋰離子電池電解液及其制備方法與應(yīng)用，通過(guò)電解液添加劑，拓寬了電解液的使用范圍，但是未能解決高溫下有機(jī)溶劑分解脹氣的問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容
[0005]本發(fā)明的目的在于克服上述背景技術(shù)不足，提供一種用于鋰離子電池的寬溫域電解質(zhì)制備方法，解決現(xiàn)有鋰離子電池技術(shù)中高溫、常溫、低溫性能不能兼顧的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)鋰離子電池在寬溫域范圍的穩(wěn)定工作。
[0006]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，一種用于鋰離子電池的寬溫域電解質(zhì)制備方法步驟如下：將交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)材料在電解液中混合均勻后加入導(dǎo)鋰離子粉體材料，繼續(xù)混合均勻，得到混合液，隨后將所述混合液注入鋰離子電池內(nèi)，在40～100℃下靜置1～10h，原位聚合后得到用于鋰離子電池的寬溫域電解質(zhì)；
[0007]所述交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)材料、電解液、導(dǎo)鋰離子粉體材料的質(zhì)量比為2～1∶100∶0.5～20；
[0008]所述交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)材料為聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇單油酸酯、聚乙二醇二甲苯磺酸酯、聚乙二醇乙二酯、聚乙二醇單月桂酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇甲基丙烯酸酯中的一種以上，交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)材料分子量為200～1000；
[0009]所述電解液由鋰鹽和溶劑組成，電解液水分低于20ppm；
[0010]所述電解液中鋰鹽濃度為0.8～2.5mol/L，鋰鹽由六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、雙氟磺酰亞胺鋰、雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰、二氟草酸硼酸鋰中的一種以上；
[0011]所述電解液中溶劑為砜類和脂類復(fù)合組成，其中砜類為環(huán)丁砜、二乙基砜、苯乙砜、二苯基砜、三氟甲基乙基砜、三氟甲基丙基砜、乙基異丙基砜中的一種以上；
[0012]脂類為碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸亞乙烯酯、丙酸乙酯、氟代碳酸乙烯酯中的一種以上；
[0013]所述導(dǎo)鋰離子粉體材料為二氧化硅、三氧化二鋁、氮化硅、氮化鋁、鋰鑭鋯氧、鋰鑭鈦氧中的一種以上，導(dǎo)鋰離子粉體材料的粒徑為10～200nm；
[0014]原位聚合后寬溫域電解質(zhì)為液態(tài)-凝膠態(tài)共存的電解質(zhì)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)鋰離子粉體材料分散于凝膠態(tài)中。
[0015]原位聚合后寬溫域電解質(zhì)使用溫度為-60～80℃。
[0016]本發(fā)明的有益效果：該方法通過(guò)原位聚合，制備出鋰離子電池用寬溫域電解質(zhì)，電解質(zhì)呈液態(tài)-凝膠態(tài)復(fù)合結(jié)構(gòu)，液態(tài)結(jié)構(gòu)保持電解質(zhì)與電極的浸潤(rùn)，降低界面阻抗，實(shí)現(xiàn)鋰離子電池在低溫環(huán)境下的放電；分散導(dǎo)鋰離子粉體材料的凝膠態(tài)結(jié)構(gòu)提高電解質(zhì)高溫下的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)鋰離子電池在高溫環(huán)境的穩(wěn)定工作，實(shí)現(xiàn)電解質(zhì)在-60℃～70℃寬溫度范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，大幅拓寬鋰離子電池的工作溫度范圍。同時(shí)，該方法工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，適用范圍廣，利于工業(yè)化生產(chǎn)和推廣應(yīng)用。
附圖說(shuō)明
[0017]圖1使用寬溫域電解質(zhì)的鋰離子電池在室溫下1C下循環(huán)曲線圖
[0018]圖中：縱坐標(biāo)為比容量，單位mAh/g；橫坐標(biāo)為循環(huán)次數(shù)。
[0019]圖2使用寬溫域電解質(zhì)的鋰離子電池在-40℃下放電曲線圖
[0020]圖中：縱坐標(biāo)為電壓，單位V；橫坐標(biāo)為比容量，單位mAh/g。
[0021]圖3使用寬溫域電解質(zhì)的鋰離子電池在70℃下1C下循環(huán)曲線圖
[0022]圖中：縱坐標(biāo)為比容量，單位mAh/g；橫坐標(biāo)為循環(huán)次數(shù)。
具體實(shí)施方式
[0023]下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0024]實(shí)施例1
[0025]本發(fā)明實(shí)施例1所提供的一種用于鋰離子電池的寬溫域電解質(zhì)制備方法，具體步驟如下：
[0026]稱取聚乙二醇二丙烯酸酯5g，電解液100g，納米二氧化硅粉10g；
[0027]電解液組分為，鋰鹽：1.0mol/L六氟磷酸鋰+0.1mol/L二氟草酸硼酸鋰+0.1mol/L雙氟磺酰亞胺鋰，溶劑：20ml環(huán)丁砜，20ml苯乙砜，20ml碳酸二乙酯，20ml碳酸乙烯酯，20ml氟代碳酸乙烯酯；
[0028]將聚乙二醇二丙烯酸酯在電解液中混合均勻后加入納米二氧化硅粉，繼續(xù)混合均勻，得到混合液，隨后將所述混合液注入鋰離子電池內(nèi)，在70℃下靜置4h，原位聚合后得到用于鋰離子電池的寬溫域電解質(zhì)；
[0029]鋰離子電池為扣式電池，以鈷酸鋰為正極，金屬鋰為負(fù)極；
[0030]對(duì)采用寬溫域電解質(zhì)的扣式鋰離子電池進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試；
[0031]采用寬溫域電解質(zhì)的扣式鋰離子電池，在室溫25±3℃下，以1C倍率電流充放電循環(huán)，首次放電比容量為139mAh/g，100次循環(huán)后，放電比容量為136mAh/g，使用寬溫域電解質(zhì)的鋰離子電池在室溫下放電比容量隨循環(huán)次數(shù)的變化曲線圖見(jiàn)圖1所示。
[0032]實(shí)施例2
[0033]本發(fā)明實(shí)施例2所提供的一種用于鋰離子電池的寬溫域電解質(zhì)制備方法，具體步驟如下：
[0034]稱取聚乙二醇二甲基丙烯酸酯4g，電解液100g，納米三氧化二鋁粉8g；
[0035]電解液組分為，鋰鹽：1.2mol/L六氟磷酸鋰+0.2mol/L四氟硼酸鋰+0.2mol/L雙氟磺酰亞胺鋰，溶劑：20ml環(huán)丁砜，20ml二乙基砜，30ml碳酸二乙酯，20ml丙酸乙酯，10ml氟代碳酸乙烯酯；
[0036]將聚乙二醇二甲基丙烯酸酯在電解液中混合均勻后加入納米三氧化二鋁粉，繼續(xù)混合均勻，得到混合液，隨后將所述混合液注入鋰離子電池內(nèi)，在60℃下靜置6h，原位聚合后得到用于鋰離子電池的寬溫域電解質(zhì)；
[0037]鋰離子電池為扣式電池，以鈷酸鋰為正極，金屬鋰為負(fù)極；
[0038]對(duì)采用寬溫域電解質(zhì)的扣式鋰離子電池進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試；
[0039]采用寬溫域電解質(zhì)的扣式鋰離子電池，在室溫25±3℃下，以0.2C倍率電流充電結(jié)束后，置于-40±1℃低溫箱內(nèi)，擱置16h后，以0.2C倍率電流放電至電壓為2.5V時(shí)結(jié)束，放電比容量為121mAh/g，使用寬溫域電解質(zhì)的鋰離子電池在-40℃下放電曲線圖見(jiàn)圖2所示。
[0040]實(shí)施例3
[0041]本發(fā)明實(shí)施例3所提供的一種用于鋰離子電池的寬溫域電解質(zhì)制備方法，具體步驟如下：
[0042]稱取聚乙二醇乙二酯6g，電解液100g，納米氮化鋁15g；
[0043]電解液組分為，鋰鹽：1.0mol/L六氟磷酸鋰+0.1mol/L雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰+0.1mol/L二氟草酸硼酸鋰，溶劑：20ml三氟甲基乙基砜，20ml苯乙砜，30ml碳酸甲乙酯，，20ml碳酸乙烯酯，10ml氟代碳酸乙烯酯；
[0044]將聚乙二醇乙二酯在電解液中混合均勻后加入納米氮化鋁粉，繼續(xù)混合均勻，得到混合液，隨后將所述混合液注入鋰離子電池內(nèi)，在80℃下靜置5h，原位聚合后得到用于鋰離子電池的寬溫域電解質(zhì)；
[0045]鋰離子電池為扣式電池，以鈷酸鋰為正極，金屬鋰為負(fù)極；
[0046]對(duì)采用寬溫域電解質(zhì)的扣式鋰離子電池進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試；
[0047]采用寬溫域電解質(zhì)的扣式鋰離子電池，在高溫70±1℃下，以1C倍率電流充放電循環(huán)，首次放電比容量為137mAh/g，100次循環(huán)后，放電比容量為134mAh/g，使用寬溫域電解質(zhì)的鋰離子電池在高溫下放電比容量隨循環(huán)次數(shù)的變化曲線圖見(jiàn)圖3所示。
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用于鋰離子電池的寬溫域電解質(zhì)制備方法.pdf
聲明：
“用于鋰離子電池的寬溫域電解質(zhì)制備方法” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學(xué)習(xí)研究，如用于商業(yè)用途，請(qǐng)聯(lián)系該技術(shù)所有人。
我是此專利(論文)的發(fā)明人(作者)
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編輯：中冶有色技術(shù)網(wǎng)
來(lái)源：中國(guó)人民解放軍軍事科學(xué)院防化研究院
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