[發(fā)明專利]一種超低溫鋰離子電池電解液

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110588158.5
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113036223B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高偉偉;陳鵬;張元春;施璐;劉紅杰;羅秋月;宋文龍;谷瑞青;陳勤忠
• 申請（專利權(quán)）人: 天能電池集團股份有限公司
• 主分類號: H01M10/0569
• 分類號: H01M10/0569;H01M10/0568;H01M10/0567;H01M10/0525
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 沈金龍

本發(fā)明公開了一種超低溫鋰離子電池電解液，屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，包括溶劑、鋰鹽和添加劑。溶劑為碳酸酯類、醚類、醋酸酯類組成的混合溶劑。鋰鹽為六氟磷酸鋰、雙氟磺酰亞胺鋰鹽、二氟磷酸鋰和雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰組成的混合鋰鹽。添加劑為碳酸亞乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、硝酸鋰和二氯甲烷組成的混合添加劑。本發(fā)明中制備的超低溫電解液與常規(guī)電解液相比電導率提升了400%以上，并有效改善了鋰電池負極的界面膜，降低了極化作用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超低溫鋰離子電池電解液。

背景技術(shù)

鋰離子電池具有高工作電壓、高比能量、長循環(huán)壽命、低自放電率和無記憶效應(yīng)等優(yōu)點，廣泛的應(yīng)用于各個領(lǐng)域。鋰離子電池在實際應(yīng)用中仍面臨諸多問題，受應(yīng)用環(huán)境溫度的影響較大。目前鋰離子電池的工作溫度范圍為-20~55℃，而在超低溫（低于-40℃）的環(huán)境中，鋰離子電池的放電容量、循環(huán)性能和倍率性能等均大幅度下降，甚至出現(xiàn)嚴重的析鋰現(xiàn)象，帶來極大的安全隱患。

在低溫條件下，鋰離子電池的各項性能被嚴重制約，主要歸因于在超低溫條件下，液態(tài)電解液的粘度急劇下降，離子電導率顯著降低，電極界面阻抗和鋰離子的遷移阻抗大幅增加，與外電路快速遷移的電子速率不匹配，造成鋰離子電池內(nèi)部嚴重的極化，大量的鋰離子在負極表面沉積析出，SEI膜迅速增厚，最終導致電池失效。為拓寬鋰離子電池應(yīng)用領(lǐng)域，亟需改善鋰離子電池在超低溫條件下的各項性能，技術(shù)的突破點在于研發(fā)出超低溫電解液。

專利文獻CN109742448B涉及一種鋰離子電池用低溫電解液，其可使得鋰離子電池具有十分優(yōu)異的低溫性能，在-40℃下的放電比容量達到25℃下放電比容量的至少60%，甚至可高達73%，顯著優(yōu)于現(xiàn)有由商業(yè)化的低溫電解液所制得鋰離子電池。同時，所述鋰離子電池在-40℃下的放電電壓平臺高于3.2V，最高可達3.5V，同樣高于由商業(yè)化的低溫電解液所制得鋰離子電池的電壓平臺（低于3.2V）。與傳統(tǒng)電解液相比，該文獻所述低溫電解液所需原料成本較低、制備簡單、低溫性能更加優(yōu)越、所制鋰離子電池可使用溫度范圍更寬，因此適合用在各種移動電子產(chǎn)品、電動汽車及其他移動通信領(lǐng)域和軍工領(lǐng)域的電源裝置上，并且特別適合在低溫環(huán)境下使用。

專利文獻CN105047996B涉及一種鋰離子電池低溫電解液及鋰離子電池，屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域。該專利文獻的鋰離子電池低溫電解液包括如下重量百分比的組分：5-20%的六氟磷酸鋰，0.1-3%的氟化鋰，0.2-5%的四氟硼酸鋰，48-94.7%的電解液溶劑，2-5%的碳酸亞乙烯酯，2-10%的丙酸乙酯，1-5%的乙酸乙酯。該文獻公開的鋰離子電池低溫電解液能夠提高電解液在低溫下的充放電性能和循環(huán)性能。

上述兩篇專利文獻公開的方案，雖然在一般性低溫環(huán)境條件下電池的低溫性能有所改善，但是在-60℃的超低溫條件下仍然沒有解決鋰離子電池低溫性能差的問題，因此開發(fā)在超低溫的條件下應(yīng)用的鋰離子電解液具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種超低溫鋰離子電池電解液，提高電解液在超低溫條件下離子電導率，并有效改善負極界面膜，降低電極極化。

一種超低溫鋰離子電池電解液，包括溶劑、鋰鹽和添加劑，溶劑為碳酸酯類、醚類、醋酸酯類組成的混合溶劑；鋰鹽為六氟磷酸鋰、雙氟磺酰亞胺鋰鹽、二氟磷酸鋰和雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰組成的混合鋰鹽；添加劑為碳酸亞乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、硝酸鋰和二氯甲烷組成的混合添加劑；

其中，溶劑、鋰鹽和添加劑在電解液中的質(zhì)量占比分別為49.5%~78.5%、17.0%~45.9%和4.5%~5.1%。

溶劑的混合使用能夠降低電解液在低溫條件下的粘度，提高電解液在低溫條件下的離子電導率；高濃度的鋰鹽可顯著提高電解液在低溫條件下的離子電導率；混合添加劑可降低鋰離子在SEI膜中的擴散阻抗及電荷交替阻抗。

碳酸酯類、醚類、醋酸酯類在溶劑中的質(zhì)量占比分別為60.6%~80.9%、6.4%~10.3%和12.7%~31.5%。