一种基于分子塑晶的深共晶锂离子电池电解液及其制备方法与应用

本发明涉及锂离子电池，尤其涉及一种基于分子塑晶的深共晶锂离子电池电解液及其制备方法与应用。

背景技术：

1、锂离子电池自从进入市场以来，以其寿命长、比容量大(2860mah·g-1)、无记忆效应等优点而得到了广泛的应用。但在航空行业、轨道交通、国防军工、极端气候等特殊领域(如工作温度低于-40℃)应用时，锂离子电池低温使用时存在容量低、衰减严重、循环倍率性能差、析锂现象明显、脱嵌锂不平衡等问题。传统的锂离子电池工作温度在-20～+55℃，且在寒冷环境下的低温放电性能会大幅降低，如在-20℃时锂离子电池的放电容量仅约为室温时的十分之三。因此，改善锂离子电池的低温性质具有重大意义。

2、制约锂离子电池低温性能最主要的因素就是电解液，即在低温环境下，电解液的黏度增大，甚至部分凝固，导致锂离子电池的电导率下降。因此，锂离子电池在低温下循环面临的问题主要是：电解液黏度增大，离子传导速度变慢，造成外电路电子迁移速度不匹配，电池出现严重极化，充放电容量出现急剧降低；尤其是当低温充电时，锂离子很容易在负极表面形成锂支晶，导致电池失效。

3、现有锂离子电池电解液主要为碳酸酯类和醚类。这两类溶剂具有易燃性，容易导致电池在使用过程中因高温、明火等发生热失控而点燃，甚至发生爆炸，安全性能不高。此外，其在低温下黏度增大甚至发生凝固，导致离子电导率降低，对电池的低温使用性能产生不良影响。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于分子塑晶的深共晶锂离子电池电解液及其制备方法与应用，降低现有锂离子电池电解液的深共晶点及简化其制备流程。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种基于分子塑晶的深共晶锂离子电池电解液，包含以下摩尔分数的原料：含支链的分子塑晶型一元羧酸40～60％，电解质锂盐40～60％。

4、优选的，在所述基于分子塑晶的深共晶锂离子电池电解液中，所述含支链的分子塑晶型一元羧酸为三甲基乙酸。

5、优选的，在所述基于分子塑晶的深共晶锂离子电池电解液中，所述电解质锂盐为双三氟甲磺酰亚胺锂。

6、本发明还提供了一种基于分子塑晶的深共晶锂离子电池电解液的制备方法，包括以下步骤：

7、将含支链的分子塑晶型一元羧酸与电解质锂盐混合，得到基于分子塑晶的深共晶锂离子电池电解液。

8、优选的，在所述基于分子塑晶的深共晶锂离子电池电解液的制备方法中，所述混合具体为在油浴条件下混合。

9、优选的，在所述基于分子塑晶的深共晶锂离子电池电解液的制备方法中，所述混合的温度为60～70℃，所述混合的时间为40～60min。

10、优选的，在所述基于分子塑晶的深共晶锂离子电池电解液的制备方法中，所述混合的转速为200～600rpm。

11、本发明还提供了一种基于分子塑晶的深共晶锂离子电池电解液在锂离子电池中的应用，所述基于分子塑晶的深共晶锂离子电池电解液应用的最低温度为-65℃。

12、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

13、(1)本发明的原料选择(三甲基乙酸和双三氟甲磺酰亚胺锂)及其配比(6～4：4～6)、合成的工艺参数在现有技术中均未出现过；

14、(2)本发明制备的深共晶电解液提高了锂离子电池在低温工况下的服役效率，实现了电解液在实际使用场景的宽温区工作；通过获得深共晶组分，可使电解液在较低温度下不发生凝固，仍具有一定的离子传导能力，拓宽了器件的实际使用温度区间。另外，本发明制备的深共晶电解液的深共晶温度为-65℃，极大地降低了电解液的凝固点或共晶温度，使之低温条件下不发生凝固，具有一定的离子传递效率，保证锂离子电池在低温条件下的服役性能；加之较高的温度稳定性，可以保证电解液在较宽温区内的服役稳定性；

15、(3)本发明的制备流程简单，通过配比、称样、混合、60～70℃油浴加热40～60min，磁力搅拌转子转速200～600rpm即可得到，简化了原料配比和制备工艺流程，降低了原料成本和生产成本，有利于电解液的规模化使用。

技术特征：

1.一种基于分子塑晶的深共晶锂离子电池电解液，其特征在于，包含以下摩尔分数的原料：含支链的分子塑晶型一元羧酸40～60％，电解质锂盐40～60％。

2.如权利要求1所述的基于分子塑晶的深共晶锂离子电池电解液，其特征在于，所述含支链的分子塑晶型一元羧酸为三甲基乙酸。

3.如权利要求1或2所述的基于分子塑晶的深共晶锂离子电池电解液，其特征在于，所述电解质锂盐为双三氟甲磺酰亚胺锂。

4.权利要求1～3任一项所述的基于分子塑晶的深共晶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.如权利要求4所述的基于分子塑晶的深共晶锂离子电池电解液的制备方法，其特征在于，所述混合具体为在油浴条件下混合。

6.如权利要求4或5所述的基于分子塑晶的深共晶锂离子电池电解液的制备方法，其特征在于，所述混合的温度为60～70℃，所述混合的时间为40～60min。

7.如权利要求6所述的基于分子塑晶的深共晶锂离子电池电解液的制备方法，其特征在于，所述混合的转速为200～600rpm。

8.权利要求1～3任一项所述的基于分子塑晶的深共晶锂离子电池电解液或权利要求4～7任一项所述的基于分子塑晶的深共晶锂离子电池电解液的制备方法制备得到的基于分子塑晶的深共晶锂离子电池电解液在锂离子电池中的应用，其特征在于，所述基于分子塑晶的深共晶锂离子电池电解液应用的最低温度为-65℃。

技术总结
本发明属于锂离子电池技术领域，公开了一种基于分子塑晶的深共晶锂离子电池电解液及其制备方法与应用。本发明所述电解液，包含以下摩尔分数的原料：含支链的分子塑晶型一元羧酸40～60％，电解质锂盐40～60％。本发明制备的深共晶电解液提高了锂离子电池在低温工况下的服役效率，实现了电解液在实际使用场景的宽温区工作；通过获得深共晶组分，可使电解液在较低温度下不发生凝固，仍具有一定的离子传导能力，且不易燃，拓宽了器件的实际使用温度区间。另外，本发明简化了原料配比和制备工艺流程，降低了原料成本和生产成本，有利于电解液的规模化应用。

技术研发人员：罗江水,吕贵红,马光俊
受保护的技术使用者：四川大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23