[發(fā)明專利]一種低溫鋰電池電解液及鋰電池

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111234221.1
• 申請(qǐng)日: 2021-10-22
• 公開（公告）號(hào): CN114006043A
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王元杰;薄晉科;田秀君;曹仕良
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連中比動(dòng)力電池有限公司
• 主分類號(hào): H01M10/0567
• 分類號(hào): H01M10/0567;H01M10/052;H01M10/0525
• 代理公司: 北京路浩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 盛大文

本發(fā)明提供了一種低溫鋰電池電解液及鋰電池。所述低溫電解液中包含添加劑，所述添加劑中包含選自氯磺丙脲、醋酸己脲、妥拉磺脲中的一種或幾種的磺酰脲類化合物；所述添加劑中還包含選自甲基二磺酸亞甲酯、二氟磷酸鋰、二氟草酸硼酸鋰中的一種或幾種的輔助組分。在?20℃的低溫環(huán)境下，使用該低溫電解液的鋰電池的恒流沖入比大于91％，即使在?40℃的低溫環(huán)境下，恒流沖入比仍然大于76％，電解液低溫倍充性能優(yōu)異。同時(shí)，在?20℃的低溫環(huán)境下循環(huán)充放300次，使用該低溫電解液的鋰電池容量保持率大于86％，電解液低溫循環(huán)性能優(yōu)異。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰電池技術(shù)領(lǐng)域領(lǐng)域，具體涉及一種低溫鋰電池電解液及鋰電池。

背景技術(shù)

21世紀(jì)，鋰電池被廣泛應(yīng)用于手機(jī)、電腦、穿戴設(shè)備、電動(dòng)汽車、二輪自行車、電動(dòng)工具、路燈等眾多領(lǐng)域。

近年來，隨著鋰電池在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用的越來越廣，對(duì)電池的性能與應(yīng)用環(huán)境要求越來越高，比如，大功率放電、-30℃以下超低溫放電、10000次超長(zhǎng)循環(huán)壽命等等。特別是低溫領(lǐng)域，需求變得越來越旺盛，然而，鋰電池在低溫條件下，一是隨著溫度降低，放電變得越來越困難，甚至無法放電；二是低溫充電條件下，電池恒流沖入比很低，即電池?zé)o法充電，并且低溫充電負(fù)極很容易出現(xiàn)析鋰，析鋰后的電池很容易自燃或爆炸，引起安全事故。

鋰電池低溫性能差的主要因素有：一是隨著溫度的降低，電解液粘度逐漸增大，鋰離子在電解中的遷移速率變得越來越低；二是鋰離子從負(fù)極遷移至電解液往復(fù)過程中，需要經(jīng)過SEI膜，SEI膜的成分及厚度極大影響了鋰離子的遷移速率；三是低溫充電過程中特別是低溫大倍率充電時(shí)，負(fù)極極片表面很有可能析出活性鋰，活性鋰與電解液發(fā)生不可逆，使SEI膜厚度進(jìn)一步增加，使得鋰離子遷移更加困難，鋰電池的低溫性能更差甚至引發(fā)安全事故。

SEI膜：鋰離子電池電解液各成分的還原電位比鋰高，在電解液中第一次充電過程中會(huì)在在碳負(fù)極表面被還原生產(chǎn)由無機(jī)和有機(jī)化合物組成的鈍化膜(SEI)。生成的SEI會(huì)阻止后續(xù)鋰離子電池充放電過程中電解液在負(fù)極的還原反應(yīng)，從而使鋰離子電池相比其它類型的可逆電池有較高的循環(huán)壽命，但SEI膜會(huì)影響鋰離子嵌入負(fù)極的速度，所以SEI膜對(duì)鋰離子電池倍率性能與低溫性能有著顯著影響。

為了保證鋰離子電池的性能，電解液中一般會(huì)選擇加入一些負(fù)極成膜添加劑來改善SEI的成份與性能，通常選擇碳酸亞乙烯酯(VC)、亞甲基碳酸乙烯酯或乙烯基碳酸乙烯酯等作為成膜添加劑。但這類成膜添加劑有明顯的缺點(diǎn)，其形成的SEI膜阻抗較大，導(dǎo)致了電池直流內(nèi)阻的增加和低溫性能的劣化，添加劑含量的提高，劣化更明顯，尤其在低溫條件下，容易發(fā)生低溫充電析鋰，影響電池安全性。而減少此類添加劑的用量或者不使用此類添加劑，電池的循環(huán)壽命又難以保障。

對(duì)于三元鋰離子電池，人們還發(fā)現(xiàn)，電池低溫大電流條件下放電，電池循環(huán)壽命偏短，內(nèi)阻增長(zhǎng)較快，后經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，三元鋰離子電池大電流條件下放電正極電位過高，導(dǎo)致電解液在正極不斷分解所導(dǎo)致。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的第一目的在于提供一種電解液用添加劑，其包含包含磺酰脲類化合物，所述磺酰脲類化合物選自氯磺丙脲、醋酸己脲、妥拉磺脲中的一種或幾種。

本發(fā)明提供的上述磺酰脲類化合物能夠優(yōu)先于電解液溶劑與輔助添加劑參與負(fù)極材料表面鈍化膜的形成，形成薄而連續(xù)的SEI膜，膜的主要組成成份為離子通過阻抗較低的LiN₃、LiNO₂、LiNO₃、LiF、li₂S，Li₂SO₃，并且上述物質(zhì)的導(dǎo)電性也較好，而傳統(tǒng)電解液形成的SEI膜的主要組份烷基酯鋰(ROCO₂Li)n、烷基鋰CH₃(CH₂)nLi則相對(duì)較少，SEI阻抗較低，相應(yīng)的電池具有較好的低溫充放電性能；而在正極表面則形成了LiN₃、LiNO₂、LiNO₃、LiF組成的一層薄膜，阻止了低溫條件下，電解液在正極材料表面的氧化分解。