[發明專利]一種改善鋰離子電池低溫性能的電解液以及含有該電解液的鋰離子電池

有效

• 申請號: 202011193259.4
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112310480B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 王鵬
• 申請（專利權）人: 合肥國軒高科動力能源有限公司
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/0525
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 周靜

本發明公開了一種改善鋰離子電池低溫性能的電解液以及含有該電解液的鋰離子電池。電解液包括導電鋰鹽、非水有機溶劑和添加劑，添加劑為多官能團亞硫酸酯類化合物，該添加劑同時含有亞硫酸酯基團、含氟烷基、醚鍵和烯丙基。其中，含氟烷基能夠提高添加劑的還原電位，使其成為良好的成膜添加劑；烯丙基可以提高正負極界面的穩定性；醚鍵的引入可以提高電極界面膜的柔性，有利于提高電極材料的界面穩定性；亞硫酸酯基團能夠提高SEI膜的離子導電性，有利于降低電池在低溫下的阻抗，從而提升電池的低溫性能。本發明通過在電解液中添加該類添加劑，不僅能夠明顯改善鋰離子電池的低溫循環性能，并且不影響電池的常溫和高溫性能。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池新能源領域，具體涉及一種改善鋰離子電池低溫性能的電解液以及含有該電解液的鋰離子電池。

背景技術

隨著科技發展的日新月異，人類的活動空間得到極大的拓展，其中極地、高緯度高海拔地區、宇宙深度探索等活動日益頻繁，這都需要環境適應能力強，低溫性能優異的鋰離子電池，所以開發低溫性能優異的鋰離子電池是國內外的一個比較熱點的課題。目前鋰離子電池的低溫性能普遍較差，主要有以下幾個方面原因造成的：第一是電解液在低溫下的導電能力降低，引起電池極化增大，造成副反應增大或者析鋰，引起電池性能下降；第二是低溫下鋰離子在電極材料中的擴散能力下降，引起電池極化增大，造成電池性能降低；第三是電極液在電極材料形成的界面性能，尤其是石墨負極材料的界面，研究表明在低溫下石墨負極的電荷遷移阻抗呈幾何倍數的增長，是導致電池性能下降的主要原因。

由于電解液對鋰離子電池的低溫性能影響顯著，故現階段對于低溫鋰離子電池的研究中，主要研究方向集中在電解液層面上。主要是從導電鋰鹽、溶劑和添加劑幾個方向著手來提高鋰離子電池的低溫性能。目前報道LiBOB、LiBF₄和LiDFOB能夠明顯降低電池在低溫下的電荷遷移阻抗，有效提升鋰離子電池的低溫放電性能，但是由于鋰鹽成本的原因現階段只能用作理論研究，無法進行推廣。溶劑方面主要是使用低熔點的有機溶劑來替代部分碳酸酯，其中最具代表性的是線形羧酸酯，如乙酸乙酯、丙酸甲酯等，其作為共溶劑能夠明顯改善鋰離子電池的低溫放電性能，但是羧酸酯的引入會惡化電池的高溫性能。相關研究表明向羧酸酯中引入含氟烷基鏈可以在提高電池低溫性能的同時不惡化電池的高溫性能，但是鑒于目前含氟羧酸酯無法量產，該方法還停留在實驗室研究階段。出于成本和工藝成熟性等綜合因素考慮，使用添加劑改善鋰離子電池低溫性能是目前階段最經濟有效的手段，目前文獻報道的改善鋰離子電池低溫性能的添加劑主要有含氟添加劑，如FEC、DTA、LiPO₂F₂等，含硫添加劑，如：DTD、亞硫酸酯等。但這些添加劑必須要與其他成膜添加劑共同作用，才能保證電池具有良好的性能。

發明內容

本發明的目的是提供一種改善鋰離子電池低溫性能的電解液，以改善鋰離子電池的低溫循環性能，解決現有技術中存在的問題。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

一種改善鋰離子電池低溫性能的電解液，包括導電鋰鹽、非水有機溶劑和添加劑，所述添加劑為具有下式I所示結構的多官能團亞硫酸酯類化合物，

式中R_F為具有1-6個碳原子的部分氟化或完全氟化的含氟烷基。

作為優選的技術方案，所述多官能團亞硫酸酯類化合物的添加量為電解液總質量的0.1～10.0％。

作為優選的技術方案，所述導電鋰鹽為六氟磷酸鋰、六氟砷鋰、高氯酸鋰、四氟硼鋰、雙草酸硼酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、三氟甲基磺酸鋰、五氟乙基磺酸鋰、雙(三氟甲烷磺酰)亞胺鋰、雙(五氟乙基磺酰)亞胺鋰、雙(氟磺酰)亞胺鋰中的至少一種。