CN108808094A - 超低温电解液及其制备方法以及使用该超低温电解液的电池及其制备方法 - Google Patents
超低温电解液及其制备方法以及使用该超低温电解液的电池及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108808094A CN108808094A CN201810546667.XA CN201810546667A CN108808094A CN 108808094 A CN108808094 A CN 108808094A CN 201810546667 A CN201810546667 A CN 201810546667A CN 108808094 A CN108808094 A CN 108808094A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electrolyte
- solvent
- ultralow temperature
- preparation
- battery
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 title claims abstract description 102
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 48
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 58
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 47
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 9
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 29
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 29
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 22
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 20
- 239000011267 electrode slurry Substances 0.000 claims description 19
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 18
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 claims description 16
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 claims description 13
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 150000002466 imines Chemical group 0.000 claims description 10
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 8
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 8
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 8
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 claims description 7
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 7
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims description 7
- XPDWGBQVDMORPB-UHFFFAOYSA-N trifluoromethane acid Natural products FC(F)F XPDWGBQVDMORPB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 6
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 6
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 6
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 claims description 5
- IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N dimethyl carbonate Chemical compound COC(=O)OC IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- ITMCEJHCFYSIIV-UHFFFAOYSA-N triflic acid Chemical compound OS(=O)(=O)C(F)(F)F ITMCEJHCFYSIIV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N Diethyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OCC OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 claims description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- OXHNLMTVIGZXSG-UHFFFAOYSA-N 1-Methylpyrrole Chemical group CN1C=CC=C1 OXHNLMTVIGZXSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- XTXRWKRVRITETP-UHFFFAOYSA-N Vinyl acetate Chemical compound CC(=O)OC=C XTXRWKRVRITETP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 125000001841 imino group Chemical group [H]N=* 0.000 claims 1
- HNJBEVLQSNELDL-UHFFFAOYSA-N pyrrolidin-2-one Chemical compound O=C1CCCN1 HNJBEVLQSNELDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 abstract description 7
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 15
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 9
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 9
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 7
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 description 6
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 6
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 5
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 5
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 5
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 238000000113 differential scanning calorimetry Methods 0.000 description 4
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 4
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 4
- 229910003473 lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide Inorganic materials 0.000 description 4
- QSZMZKBZAYQGRS-UHFFFAOYSA-N lithium;bis(trifluoromethylsulfonyl)azanide Chemical compound [Li+].FC(F)(F)S(=O)(=O)[N-]S(=O)(=O)C(F)(F)F QSZMZKBZAYQGRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- MCVFFRWZNYZUIJ-UHFFFAOYSA-M lithium;trifluoromethanesulfonate Chemical compound [Li+].[O-]S(=O)(=O)C(F)(F)F MCVFFRWZNYZUIJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- WDGKXRCNMKPDSD-UHFFFAOYSA-N lithium;trifluoromethanesulfonic acid Chemical group [Li].OS(=O)(=O)C(F)(F)F WDGKXRCNMKPDSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- NIQCNGHVCWTJSM-UHFFFAOYSA-N Dimethyl phthalate Chemical compound COC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OC NIQCNGHVCWTJSM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010941 LiFSI Inorganic materials 0.000 description 2
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical group CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006256 anode slurry Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 2
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 2
- ACFSQHQYDZIPRL-UHFFFAOYSA-N lithium;bis(1,1,2,2,2-pentafluoroethylsulfonyl)azanide Chemical compound [Li+].FC(F)(F)C(F)(F)S(=O)(=O)[N-]S(=O)(=O)C(F)(F)C(F)(F)F ACFSQHQYDZIPRL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VDVLPSWVDYJFRW-UHFFFAOYSA-N lithium;bis(fluorosulfonyl)azanide Chemical compound [Li+].FS(=O)(=O)[N-]S(F)(=O)=O VDVLPSWVDYJFRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 125000006340 pentafluoro ethyl group Chemical group FC(F)(F)C(F)(F)* 0.000 description 2
- 239000002798 polar solvent Substances 0.000 description 2
- 125000000472 sulfonyl group Chemical group *S(*)(=O)=O 0.000 description 2
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- FBSAITBEAPNWJG-UHFFFAOYSA-N dimethyl phthalate Natural products CC(=O)OC1=CC=CC=C1OC(C)=O FBSAITBEAPNWJG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229960001826 dimethylphthalate Drugs 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 230000005501 phase interface Effects 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
- H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
- H01M10/0566—Liquid materials
- H01M10/0569—Liquid materials characterised by the solvents
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
本发明属于电池电解液的技术领域，具体涉及超低温电解液及其制备方法以及使用该超低温电解液的电池及其制备方法；解决的技术问题为：提供一种超低温电解液及其制备方法以及使用该超低温电解液的电池及其制备方法，可在超低温环境下进行大倍率充放电；采用的技术方案为：超低温电解液，包括：在溶剂中加入电解质盐，获得的质量浓度为3~25的电解液；其中：所述的溶剂为：粘度在0~2.0之间，或介电常数≥30的水溶液；所述的电解质盐为：溶解度≥3的金属盐。
Description
技术领域
本发明属于电池电解液的技术领域，具体涉及超低温电解液及其制备方法以及使用该超低温电解液的电池及其制备方法。
背景技术
随着化石燃料过度开发利用所带来的能源危机，各种金属离子二次电池特别是锂离子二次电池以其高能量密度、灵活性、轻便性和使用寿命长等优势逐渐成为新能源领域最具应用前景的能源储存技术。
然而，尽管锂离子已经成功应用到了生活中各个领域，但是在一些具有极低温度环境领域，如航空航天，深海探索以及南北极勘探等领域存在应用障碍；低温下，锂离子电池的能量密度和功率密度保持率都会大幅降低，该现象的主要原因可以归结为电解液电导率的下降，材料和电解液之间固相界面阻抗的增加，电极材料和电解液界面电荷转移变慢，以及锂离子在电极材料中的迁移速度变慢。
在一定温度范围内，电解液是决定这些性能的最关键因素；目前，在改善锂离子电池低温性能的方法主要有以下几点：
一、通过多种溶剂的共添加和调节配比提高电解液低温下的离子电导率；
二、通过添加各种添加剂改善界面的固态电解质（SEI）膜，降低SEI低温阻抗；
三、通过包覆或者改性提高锂离子在电极材料中的扩散速度；
上述前两点可以归结于对电解液的改性，目前的研究只能非常有限的改善电池在低温下内阻显著增大的问题，尤其是在大倍率充放电（1C）的情况下，电池的容量保持率很低的问题一直没有得到显著改善。
发明内容
本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种超低温电解液及其制备方法以及使用该超低温电解液的电池及其制备方法，可在超低温环境下进行大倍率充放电。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
超低温电解液，包括：在溶剂中加入电解质盐，获得的质量浓度为3~25 的电解
液；其中：所述的溶剂为：粘度在0~2.0之间，或介电常数≥30的单溶剂，或者其
混合溶剂；所述的电解质盐为：在上述所选用溶剂中溶解度≥3 的金属盐。
优选地，所述溶剂为：水、碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、乙腈、乙酸乙酯中的一种或者多种的组合。
优选地，所述电解质盐为：三氟甲磺酸锂（化学式为：，简写为：LiOTf））、
双（氟磺酰）亚胺锂（化学式为：，简写为：LiFSI）、双（三氟甲烷磺酰）亚胺锂（化
学式为：、简写为：LiTFSI）、双（五氟乙基磺酰基）亚氨基锂（化学式为：、简写为：LiBETI）中的一种或者多种的组合。
相应地，超低温电解液及其制备方法，包括步骤：将粘度在0~2.0之间，或介电
常数≥30的水溶液，作为溶剂；将在水中溶解度≥3的金属盐，作为电解质盐；
在溶剂中加入电解质盐；搅拌并混合均匀，获得质量浓度为3~25 的电解液。
相应地，一种超低温锂电池，包括：设置在电池壳体内的正极、负极、隔膜和电解
液；所述电解液为：在溶剂中加入电解质盐，获得的质量浓度为3~25 的电解液；所述
的溶剂为：粘度在0~2.0之间，或介电常数≥30的水溶液；所述的电解质盐为：溶
解度≥3的金属盐。
优选地，所述正极采用的正极活性物质为：、 、、、、和 中的一种或者几种化合物的组合；
所述负极采用的负极活性材料为：、、 、
中的一种或者几种化合物的组合；
其中：化合物中：M各自独立的为Fe、Co、Ni、Mn、Mo、Mg、Cu、Zn、Al、Sn、B、Ga、Cr、Sr、V、Ti中的任意一种；且0≤y≤1，0≤x≤1，0≤z≤1，x+y+z≤1。
相应地，一种超低温锂电池的制备方法，包括：向溶剂中加入正极活性物质、第一
导电材料和第一粘结剂，混合均匀后得第一电极浆料，将第一电极浆料均匀涂覆在第一集
流体上，干燥后辊压，得到正极片；向溶剂中加入负极活性物质、第二导电材料和第二粘结
剂，混合均匀后得第二电极浆料，将第二电极浆料均匀涂覆在第二集流体上，干燥后辊压，
得到负极片；将制备的正极片、负极片、隔膜组装在电池壳体内；向电池壳体内注入电解液，
得到超低温电池；其中：所述电解液为：在溶剂中加入电解质盐，获得的质量浓度为3~25 的电解液；所述的溶剂为：粘度在0~2.0之间，或介电常数≥30的水溶
液；所述的电解质盐为：溶解度≥3的金属盐。
优选地，所述正极采用的正极活性物质为：、、、、 、和 中的一种或者几种化合物的组
合；所述负极采用的负极活性材料为：、、 、中的一种或者几种化合物的组合；
其中：化合物中：M各自独立的为Fe、Co、Ni、Mn、Mo、Mg、Cu、Zn、Al、Sn、B、Ga、Cr、Sr、V、Ti中的任意一种；且0≤y≤1，0≤x≤1，0≤z≤1，x+y+z≤1。
优选地，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮；所用第一导电材料、第二导电材料均为导电炭黑；所用第一粘结剂、第二粘结剂均为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯中的任意一种。
优选地，所述正极活性物质、导电炭黑、粘结剂的质量比为92:5:3。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明的低温电解液，通过采用低粘度和高极性的溶剂，并通过调整溶质在溶剂中的浓度来降低溶液的冰点，获得了具有低固相温度（低于-100℃）并且高离子电导率的电解液；将该电解液用在金属二次电池中，可以显著降低电极材料和电解液界面电荷转移阻抗，另外由于没有SEI的形成，金属二次电池的内阻大大减少，从而使得金属二次电池在低温下仍然可以保持优异的能量密度和功率密度。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明；
图1为本发明提供的超低温电解液的制备方法的流程示意图；
图2为本发明提供的一种超低温电池的制备方法的流程示意图；
图3为本发明实施例五提供的一种超低温电池的首圈充放电示意图；
图4为本发明实施例五提供的一种超低温电池的充放电循环示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明提供的超低温电解液的制备方法的流程示意图，如图1所示，超低温
电解液的制备方法，包括：将粘度在0~2.0之间，或介电常数≥30的水溶液，作为
溶剂；将在水中溶解度≥3的金属盐，作为电解质盐；在溶剂中加入电解质盐；搅拌并
混合均匀，获得质量浓度为3~25 的电解液。
通过本发明提供的超低温电解液的制备方法制备的超低温电解液，包括：在溶剂
中加入电解质盐，获得的质量浓度为3~25的电解液；其中：所述的溶剂为：粘度在0~
2.0之间，或介电常数≥30的单溶剂，或者其混合溶剂；所述的电解质盐为：在
上述所选用溶剂中溶解度≥3 的金属盐。
具体地，所述超低温电解液的制备方法以及超低温电解液中，所述溶剂为：水、碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、乙腈、乙酸乙酯中的一种或者多种的组合；
所述电解质盐为：所述电解质盐为：三氟甲磺酸锂（化学式为：，简写为：
LiOTf））、双（氟磺酰）亚胺锂（化学式为：，简写为：LiFSI）、双（三氟甲烷磺酰）
亚胺锂（化学式为：、简写为：LiTFSI）、双（五氟乙基磺酰基）亚氨基锂（化学式
为：、简写为：LiBETI）中的一种或者多种的组合。
本发明的低温电解液，通过采用低粘度和高极性的溶剂，并通过调整溶质在溶剂中的浓度来降低溶液的冰点，获得了具有低固相温度（低于-100℃）并且高离子电导率的电解液。
下面以几个更具体的实施例对本发明提供的超低温电解液进行说明。
实施例一：
首先，本实施例一中：所述的溶剂选用去离子水，所述的电解质盐为三氟甲磺酸锂
（LiOTf）；其次，在通风橱内，分别将将定量的三氟甲磺酸锂溶于去离子水中，搅拌30分钟，
配置成1-11 的电解液，得到电解液体系一。
本实施例一中，所得电解液体系一的固相温度通过差示扫描量热法（DSC）分析可知其固相温度为-86℃；不同浓度的电解液在不同温度下的离子电导率见表1（电导率单位为mS/cm）。
通过表中数据可知，在本实施例一提供的电解液体系一中，当摩尔质量为5
时，电解液具有最高的电导率。
实施例二：
首先，本实施例二中：所述的溶剂选用去离子水，所述的电解质盐为双（三氟甲烷磺酰）
亚胺锂（LiTFSI）；其次，在通风橱内，分别将定量的双（三氟甲烷磺酰）亚胺锂溶于去离子水
中，搅拌30分钟，配置成3-14 的电解液，得到电解液体系二。
本实施例二中，所得电解液体系二的固相温度通过差示扫描量热法（DSC）分析可知其固相温度为-86℃；不同浓度的电解液在不同温度下的离子电导率见表2（电导率单位为mS/cm）。
通过表中数据可知，在本实施例二提供的电解液体系二中，当摩尔质量为8
时，电解液具有最高的电导率。
实施例三：
首先，本实施例三中：所述的溶剂为碳酸二甲酯（DMC）和去离子水按质量比为1:1混合
搅拌均匀而成的混合溶剂，所述的电解质盐为三氟甲磺酸锂（LiOTf）；其次，在通风橱内，分
别将定量的三氟甲磺酸锂溶于混合溶剂中，搅拌3小时，配置成5 的电解液，得到电
解液体系三。
本实施例三中，所得电解液体系三的固相温度通过差示扫描量热法（DSC）分析可知其固相温度为-78℃；不同浓度的电解液在不同温度下的离子电导率见表3（电导率单位为mS/cm）。
实施例四：
首先，本实施例四中：所述的溶剂为碳酸二甲酯（DMC）和去离子水按质量比为1:1混合
搅拌均匀而成的混合溶剂，所述的电解质盐为双（三氟甲烷磺酰）亚胺锂（LiTFSI）；其次，在
通风橱内，分别将定量的双（三氟甲烷磺酰）亚胺锂溶于混合溶剂中，搅拌3小时，配置成8 的电解液，得到电解液体系四。
本实施例四中，所得电解液体系四的固相温度通过差示扫描量热法（DSC）分析可知其固相温度为-113℃；不同浓度的电解液在不同温度下的离子电导率见表4（电导率单位为mS/cm）。
图2为本发明提供的一种超低温锂电池的制备方法的流程示意图；如图2所示，一种超
低温锂电池的制备方法，包括：向溶剂中加入正极活性物质、第一导电材料和第一粘结剂，
混合均匀后得第一电极浆料，将第一电极浆料均匀涂覆在第一集流体上，干燥后辊压，得到
正极片；向溶剂中加入负极活性物质、第二导电材料和第二粘结剂，混合均匀后得第二电极
浆料，将第二电极浆料均匀涂覆在第二集流体上，干燥后辊压，得到负极片；将制备的正极
片、负极片、隔膜组装在电池壳体内；向电池壳体内注入电解液，得到超低温电池；其中，所
述电解液为：在溶剂中加入电解质盐，获得的质量浓度为3~25 的电解液；所述的溶
剂为：粘度在0~2.0 之间，或介电常数≥30 的水溶液；所述的电解质盐为：溶
解度≥3 的金属盐。
通过将本发明中的超低温电解液应用在金属二次电池中，可以显著降低电极材料和电解液界面电荷转移阻抗，另外由于没有SEI的形成，金属二次电池的内阻大大减少，从而使得金属二次电池在低温下仍然可以保持优异的能量密度和功率密度。
具体地，所述正极采用的正极活性物质为：、 、、、、和 中的一种或者几种化合物的组合；
所述负极采用的负极活性材料为：、、 、
中的一种或者几种化合物的组合；其中：化合物中：M各自独立的为Fe、Co、Ni、Mn、Mo、Mg、Cu、
Zn、Al、Sn、B、Ga、Cr、Sr、V、Ti中的任意一种；且0≤y≤1，0≤x≤1，0≤z≤1，x+y+z≤1。
具体地，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮；所用第一导电材料、第二导电材料均为导电炭黑；所用第一粘结剂、第二粘结剂均为聚偏氟乙烯（PVDF）、聚四氟乙烯（（PTFE）中的任意一种；所述正极活性物质、导电炭黑、粘结剂的质量比为92:5:3。
通过本发明提供的一种超低温锂电池的制备方法制备的一种超低温锂电池，包
括：设置在电池壳体内的正极、负极、隔膜和电解液；所述电解液为：在溶剂中加入电解质
盐，获得的质量浓度为3~25 的电解液；所述的溶剂为：粘度在0~2.0 之间，或
介电常数≥30 的水溶液；所述的电解质盐为：溶解度≥3 的金属盐。
本发明的超低温电池采用上述超低温电解液，显著的提高了金属离子电池低温下充放电容量保持率，以及充放电电压平台，具有优异的低温性能。
所述正极采用的正极活性物质为：、 、、、、和 中的一种或者几种化合物的组合；所述负极采用的
负极活性材料为：、、 、中的一种或者几
种化合物的组合；其中：化合物中：M各自独立的为Fe、Co、Ni、Mn、Mo、Mg、Cu、Zn、Al、Sn、B、Ga、
Cr、Sr、V、Ti中的任意一种；且0≤y≤1，0≤x≤1，0≤z≤1，x+y+z≤1。
下面以几个更具体的实施例对本发明提供的超低温电池的制备方法进行说明。
实施例五：
本实施例五中，所述的电解液为：实施例一提供的电解液；正极采用的正极活性物质
为： ；负极所用负极活性物质为： 。
本实施例五提供的超低温电池的制备方法的步骤如下：
1）正极的制备；将质量比为90:7:3的正极材料 、第一导电材料（导电炭黑）、
第一粘结剂（PVDF），分别加入溶剂N-甲基吡咯烷酮中，混合均匀得到第一电极浆料（正极浆
料），将此浆料均匀涂覆在第一集流体（不锈钢集流体）上，干燥后辊压得到正极极片；
2）负极的制备；将质量比为90:7:3的负极材料 、第二导电材料（导电炭
黑）、第二粘结剂（PVDF），分别加入溶剂N-甲基吡咯烷酮中，混合均匀得到第二电极浆料（负
极浆料），将此浆料均匀涂覆在第二集流体（不锈钢集流体）上，干燥后辊压得到负极极片；
3）电芯组装；将正极片、隔膜和负极片组装到电池壳体内；
4）电解液的注入；向电池壳体内注入实施例一提供的电解液，得到超低温电池。
在不同温度条件下，在0~2.0V的工作电压区间以0.5C（1C=120mA/g）电流强度，进行充放电循环测试。
测试结果如下：首次放电比容量为51 ，平均电压为1.5V，全电池比能量为
76 （如图3所示：超低温电池在-40℃、0.5C的首圈充放电示意图），以1C电流密度进
行充放电循环，200次循环后，容量保持率为96％，库伦效率为99.9%（如图4所示：超低温电
池在-40℃、1C的充放电循环示意图）。
电池容量保持率见表5。
实施例六：
本实施例六中，所述的电解液为：实施例一提供的电解液；正极采用的正极活性物质
为： ；负极所用负极活性物质为： 。
本实施例六提供的超低温电池的制备方法的步骤如下：
1）正极的制备；将质量比为90:7:3的正极材料 、第一导电材料（导电炭
黑）、第一粘结剂（PVDF），分别加入溶剂N-甲基吡咯烷酮中，混合均匀得到第一电极浆料（正
极浆料），将此浆料均匀涂覆在第一集流体（不锈钢集流体）上，干燥后辊压得到正极极片；
2）负极的制备；将质量比为90:7:3的负极材料 、第二导电材料（导电炭
黑）、第二粘结剂（PVDF），分别加入溶剂N-甲基吡咯烷酮中，混合均匀得到第二电极浆料（负
极浆料），将此浆料均匀涂覆在第二集流体（不锈钢集流体）上，干燥后辊压得到负极极片；
3）电芯组装；将正极片、隔膜和负极片组装到电池壳体内；
4）电解液的注入；向电池壳体内注入实施例一提供的电解液，得到超低温电池。
在不同温度条件下，在0~2.0V的工作电压区间以0.5C（1C=120mA/g）电流强度，进行充放电循环测试。
测试结果如下：首次放电比容量为63 ，平均电压为1V，全电池比能量为63 ，以1C电流密度进行充放电循环，200次循环后，容量保持率为97％，库伦效率为
99.9%。
电池容量保持率见表6。
实施例七：
本实施例七中，所述的电解液为：实施例二提供的电解液；正极采用的正极活性物质
为： ；负极所用负极活性物质为： 。
本实施例七提供的超低温电池的制备方法的步骤如下：
1）正极的制备；将质量比为90:7:3的正极材料 、第一导电材料（导电炭黑）、
第一粘结剂（PVDF），分别加入溶剂N-甲基吡咯烷酮中，混合均匀得到第一电极浆料（正极浆
料），将此浆料均匀涂覆在第一集流体（不锈钢集流体）上，干燥后辊压得到正极极片；
2）负极的制备；将质量比为90:7:3的负极材料 、第二导电材料（导电炭
黑）、第二粘结剂（PVDF），分别加入溶剂N-甲基吡咯烷酮中，混合均匀得到第二电极浆料（负
极浆料），将此浆料均匀涂覆在第二集流体（不锈钢集流体）上，干燥后辊压得到负极极片；
3）电芯组装；将正极片、隔膜和负极片组装到电池壳体内；
4）电解液的注入；向电池壳体内注入实施例二提供的电解液，得到超低温电池。
在不同温度条件下，在0~2.0V的工作电压区间以0.5C（1C=120mA/g）电流强度，进行充放电循环测试。
测试结果如下：首次放电比容量为49 ，平均电压为1.5V，全电池比能量为
74 ；以1C电流密度进行充放电循环，200次循环后，容量保持率为96％，库伦效率为
99.9%。
电池容量保持率见表7。
实施例八：
本实施例八中，所述的电解液为：实施例二提供的电解液；正极采用的正极活性物质
为： ；负极所用负极活性物质为： 。
本实施例七提供的超低温电池的制备方法的步骤如下：
1）正极的制备；将质量比为90:7:3的正极材料 、第一导电材料（导电炭
黑）、第一粘结剂（PVDF），分别加入溶剂N-甲基吡咯烷酮中，混合均匀得到第一电极浆料（正
极浆料），将此浆料均匀涂覆在第一集流体（不锈钢集流体）上，干燥后辊压得到正极极片；
2）负极的制备；将质量比为90:7:3的负极材料 、第二导电材料（导电炭
黑）、第二粘结剂（PVDF），分别加入溶剂N-甲基吡咯烷酮中，混合均匀得到第二电极浆料（负
极浆料），将此浆料均匀涂覆在第二集流体（不锈钢集流体）上，干燥后辊压得到负极极片；
3）电芯组装；将正极片、隔膜和负极片组装到电池壳体内；
4）电解液的注入；向电池壳体内注入实施例二提供的电解液，得到超低温电池。
在不同温度条件下，在0~2.0V的工作电压区间以0.5C（1C=120mA/g）电流强度，进行充放电循环测试。
测试结果如下：首次放电比容量为63 ，平均电压为1V，全电池比能量为63 ；以1C电流密度进行充放电循环，200次循环后，容量保持率为97％，库伦效率为
99.9%。
电池容量保持率见表8。
本发明提供的超低温电解液及其制备方法以及使用该超低温电解液的电池及其制备方法，适用于多种电池体系，例如钠、钾、锌、锰、镁、铝空气电池等金属二次电池。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.超低温电解液，其特征在于：包括：
在溶剂中加入电解质盐，获得的质量浓度为3~25的电解液；
其中：所述的溶剂为：粘度在0~2.0之间，或介电常数≥30的单溶剂，或者其混合溶剂；
所述的电解质盐为：在上述所选用溶剂中溶解度≥3的金属盐。
2.根据权利要求1所述的超低温电解液，其特征在于：所述溶剂为：水、碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、乙腈、乙酸乙酯中的一种或者多种的组合。
3.根据权利要求1所述的超低温电解液，其特征在于：所述电解质盐为：三氟甲磺酸锂、双（氟磺酰）亚胺锂、双（三氟甲烷磺酰）亚胺锂、双（五氟乙基磺酰基）亚氨基锂中的一种或者多种的组合。
4.超低温电解液的制备方法，其特征在于：包括：
将粘度在0~2.0之间，或介电常数≥30的水溶液，作为溶剂；
将在水中溶解度≥3的金属盐，作为电解质盐；
在溶剂中加入电解质盐；
搅拌并混合均匀，获得质量浓度为3~25的电解液。
5.超低温锂电池，其特征在于：包括：设置在电池壳体内的正极、负极、隔膜和电解液；
所述电解液为：在溶剂中加入电解质盐，获得的质量浓度为3~25的电解液；所述的溶剂为：粘度在0~2.0之间，或介电常数≥30的水溶液；所述的电解质盐为：溶解度≥3的金属盐。
6.根据权利要求5所述的超低温锂电池，其特征在于：
所述正极采用的正极活性物质为：、、、、、和中的一种或者几种化合物的组合；
所述负极采用的负极活性材料为：、、、中的一种或者几种化合物的组合；
其中：化合物中：M各自独立的为Fe、Co、Ni、Mn、Mo、Mg、Cu、Zn、Al、Sn、B、Ga、Cr、Sr、V、Ti中的任意一种；且0≤y≤1，0≤x≤1，0≤z≤1，x+y+z≤1。
7.超低温锂电池的制备方法，其特征在于：包括：
正极的制备；具体为：向溶剂中加入正极活性物质、第一导电材料和第一粘结剂，混合均匀后得第一电极浆料，将第一电极浆料均匀涂覆在第一集流体上，干燥后辊压，得到正极片；
负极的制备；具体为：向溶剂中加入负极活性物质、第二导电材料和第二粘结剂，混合均匀后得第二电极浆料，将第二电极浆料均匀涂覆在第二集流体上，干燥后辊压，得到负极片；
将制备的正极片、负极片、隔膜组装在电池壳体内；
向电池壳体内注入电解液，得到超低温电池；
其中，所述电解液为：在溶剂中加入电解质盐，获得的质量浓度为3~25的电解液；所述的溶剂为：粘度在0~2.0之间，或介电常数≥30的水溶液；所述的电解质盐为：溶解度≥3的金属盐。
8.根据权利要求1所述的超低温锂电池的制备方法，其特征在于：
所述正极采用的正极活性物质为：、、、、、和中的一种或者几种化合物的组合；
所述负极采用的负极活性材料为：、、、中的一种或者几种化合物的组合；
其中：化合物中：M各自独立的为Fe、Co、Ni、Mn、Mo、Mg、Cu、Zn、Al、Sn、B、Ga、Cr、Sr、V、Ti中的任意一种；且0≤y≤1，0≤x≤1，0≤z≤1，x+y+z≤1。
9.根据权利要求1所述的超低温锂电池的制备方法，其特征在于：所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮；所用第一导电材料、第二导电材料均为导电炭黑；所用第一粘结剂、第二粘结剂均为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯中的任意一种。
10.根据权利要求1所述的超低温锂电池的制备方法，其特征在于：所述正极活性物质、导电炭黑、粘结剂的质量比为92:5:3。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810546667.XA CN108808094A (zh) | 2018-05-31 | 2018-05-31 | 超低温电解液及其制备方法以及使用该超低温电解液的电池及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810546667.XA CN108808094A (zh) | 2018-05-31 | 2018-05-31 | 超低温电解液及其制备方法以及使用该超低温电解液的电池及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108808094A true CN108808094A (zh) | 2018-11-13 |
Family
ID=64089646
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810546667.XA Pending CN108808094A (zh) | 2018-05-31 | 2018-05-31 | 超低温电解液及其制备方法以及使用该超低温电解液的电池及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108808094A (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1674347A (zh) * | 2005-04-21 | 2005-09-28 | 复旦大学 | 混合型水系锂离子电池 |
| CN102231442A (zh) * | 2011-05-25 | 2011-11-02 | 杭州万马高能量电池有限公司 | 一种用于超低温放电的锂离子电池电解液及锂离子电池 |
| CN103066331A (zh) * | 2012-11-29 | 2013-04-24 | 能一郎科技股份有限公司 | 一种超低温高倍率型锂离子电池的制备方法 |
| CN107195967A (zh) * | 2017-05-25 | 2017-09-22 | 东莞锂威能源科技有限公司 | 一种低温锂离子电池 |
| CN107359372A (zh) * | 2017-07-27 | 2017-11-17 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种水系电解液及水系金属离子电池 |
| CN109309261A (zh) * | 2017-07-26 | 2019-02-05 | 丰田自动车株式会社 | 水系双离子二次电池 |
-
2018
- 2018-05-31 CN CN201810546667.XA patent/CN108808094A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1674347A (zh) * | 2005-04-21 | 2005-09-28 | 复旦大学 | 混合型水系锂离子电池 |
| CN102231442A (zh) * | 2011-05-25 | 2011-11-02 | 杭州万马高能量电池有限公司 | 一种用于超低温放电的锂离子电池电解液及锂离子电池 |
| CN103066331A (zh) * | 2012-11-29 | 2013-04-24 | 能一郎科技股份有限公司 | 一种超低温高倍率型锂离子电池的制备方法 |
| CN107195967A (zh) * | 2017-05-25 | 2017-09-22 | 东莞锂威能源科技有限公司 | 一种低温锂离子电池 |
| CN109309261A (zh) * | 2017-07-26 | 2019-02-05 | 丰田自动车株式会社 | 水系双离子二次电池 |
| CN107359372A (zh) * | 2017-07-27 | 2017-11-17 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种水系电解液及水系金属离子电池 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110190243A (zh) | 一种具有复合膜的锂金属负极的制备及应用 | |
| CN105742713B (zh) | 全固态聚合物锂电池 | |
| CN110112419A (zh) | 可高倍率快速充放电的MXene气凝胶锂负极集流体及其制备方法、应用 | |
| CN106450247A (zh) | 用于钠/钾离子二次电池的金属铋负极和醚基电解液 | |
| CN109103399A (zh) | 一种锂硫电池用功能性隔膜及其制备方法和在锂硫电池中的应用 | |
| CN110299513A (zh) | 一种亲锂性负极的制备方法、亲锂性负极和锂电池 | |
| CN109004192A (zh) | 石墨烯/氧化石墨烯包覆的复合电极、电池及其制备方法 | |
| CN110797544A (zh) | 一种高性能锂一次电池及其制备方法 | |
| CN109728342A (zh) | 一种自修复复合固态电解质、准固态电解质及锂电池 | |
| CN116093417A (zh) | 钠离子电池和储能设备 | |
| CN108155381A (zh) | 适用于启停电源的锂电池负极材料、锂离子电池及其制备方法 | |
| CN116365022A (zh) | 一种富锂正极锂离子电池的低浓度电解液 | |
| CN107492659B (zh) | 铝硫电池及其制备方法和应用 | |
| CN103779599B (zh) | 一种循环富锂锰固溶体电池 | |
| CN111640988A (zh) | 一种基于全氟磺酰基乙烯基醚的锂离子电池电解液及其制备方法和应用 | |
| CN101447589B (zh) | 锂离子电池非水电解液及含有该电解液的锂离子电池 | |
| CN106340663A (zh) | 一种单液流锂硫电池 | |
| CN101609881A (zh) | 一种锂离子电池正极浆料及其制备方法 | |
| CN119208901A (zh) | 一种预锂化隔膜及其制备方法和应用 | |
| CN108808094A (zh) | 超低温电解液及其制备方法以及使用该超低温电解液的电池及其制备方法 | |
| CN104282941A (zh) | 一种循环改善型富锂锰固溶体电池 | |
| CN109671902A (zh) | 一种长寿命锂金属电池负极制备方法及锂电池 | |
| CN115101813A (zh) | 一种醚基锂电池电解液及其制备方法和应用 | |
| CN103560276A (zh) | 一种反应性聚合物电解质及其水系锂离子电池膜电极组件 | |
| CN104300167A (zh) | 一种有机相液流电池 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20181113 |