[發明專利]一種含有添加劑的電解液提高鋰離子電池低溫使用性能的方法

有效

• 申請號: 201811418586.8
• 申請日: 2018-11-26
• 公開（公告）號: CN111224161B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 馬荻;張華民;張洪章;李先鋒
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/0568;H01M10/0569;H01M10/0525
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

本發明公開了一種含有添加劑的電解液提高LVP鋰離子電池低溫性能，其組成包括作為電解液的添加劑：一種或者二種以上鋰鹽添加劑；所述的鋰鹽添加劑于電解液中濃度為0.5mol/L～10mol/L；作為電解液的溶質：LiPF₆作為鋰鹽，所述的鋰鹽于電解液中濃度為1mol/L～20mol/L；作為電解液的溶劑：以下結構的直鏈酯類化合物中的一種或者二種以上，H(CH₂)n?(C＝O)?O?(CH₂)mH,其中m，n為整數，取值范圍分別為n＝10～18，m＝11～16；這種電解液低溫下Li⁺與溶劑分子的結合能很低，Li⁺去溶劑化能力增強，降低電極/電解液界面的電荷轉移電阻，提高LVP鋰離子電池的容量性能和倍率性能。

技術領域

本發明涉及低溫用鋰離子電池領域，特別涉及鋰離子電池低溫電解液。

背景技術

鋰離子電池因具有較高的能量密度、功率密度、循環使用壽命長、靈活輕便等優點已廣泛應用于很多領域，如電子設備以及混合動力電車等，成為新能源領域最具應用前景的能源存儲技術。隨著鋰離子電池應用范圍的日漸擴大，特別是在電動車、航空航天和軍工領域的應用，對電池的低溫充放電性能有了更高的要求，但鋰離子電池在低溫環境下充放電性能差，尤其是在零下三十度以下，普通的鋰離子電池基本無法使用，若鋰離子電池的低溫性能得到改善，其在更多領域的應用將得到更加長足的發展。

聚陰離子型材料是一系列含有四面體或八面體陰離子結構單元的化合物，這些結構單元通過較強的共價鍵連接，形成三維網絡結構，使得聚陰離子型正極材料有著與金屬氧化物完全不同的晶體結構，以及各項優異的性能。其中，單斜晶結構的磷酸釩鋰(LVP)屬于Nassicon型化合物，由于具有P₂₁/n型空間結構群，使得鋰離子能夠在晶格中實現三維擴散，優于LiFePO4、LiMn2O4、LiCoO2等的擴散模式而具有良好的倍率性能和低溫性能，另外我國擁有豐富的釩礦資源，因此LVP更適合應用于低溫鋰離子電池。

電解液作為傳導離子和電子的介質，是電池的重要組成部分之一，其組成對于電池的常溫性能，特別是低溫性能有著很大的影響，通過改進電解液組分(包括鋰鹽、溶劑和添加劑)提高鋰離子電池的低溫性能是一種更為行之有效的方法，因此開發鋰離子電池用低溫電解液至關重要。鋰離子電池低溫性能差的主要原因是電荷轉移電阻(Rct)過大，Rct的產生來自于：①Li+去溶劑化，②Li+穿越電極/電解液界面SEI膜，③Li+嵌入電極時接受電子，其中Li+嵌入電極前的去溶劑化過程是增大Rct的主要原因。Li+去溶劑化能力與溶劑的種類有很大關系，鋰鹽解離后溶劑分子會緊密的圍繞在Li+周圍，特別是在低溫下Li+與溶劑分子的結合能很高，導致Li+去溶劑化作用降低，從而使得電池在低溫下具有很差的容量以及倍率性能。溶劑分子對Li+的溶劑化作用與溶劑分子的結構有關，通過篩選具有特殊結構的溶劑降低其對Li+的溶劑化作用，從而達到提高鋰離子電池在低溫性能的目的。

發明內容

本發明的目的在于提供一種電解液用于提高LVP鋰離子電池的低溫性能，-40℃下此電解液中的Li+與溶劑分子的結合能極低，使得Li+去溶劑化能力顯著增強，降低電極/電解液界面的電荷轉移電阻，從而提高了電池的容量和倍率性能。

為達到上述目的,本發明采用的具體方案如下:

所述LVP鋰離子電池用低溫電解液組成包括：

1.作為電解液的溶劑：以下結構的直鏈酯類化合物中的一種或者二種以上，H(CH₂)_n-(C＝O)-O-(CH₂)_mH,其中m，n為整數，取值范圍分別為n＝10～18，m＝11～16，其中較優的是n＝12～15，m＝13～14；

2.作為電解液的溶質：LiPF₆作為鋰鹽，所述的鋰鹽于電解液中濃度為1mol/L～20mol/L；