本发明属于锂离子电池领域，更具体的是，本发明涉及一种高低温性能兼顾的电解液以及含有该电解液的锂离子电池。
背景技术：
锂离子电池虽然在消费电子行业的应用越来越广泛，但目前商品化的锂离子电池常常难以满足电动车、航天技术和军工等重要领域的需求。例如，车用动力电池要求内阻尽量低以达到高输出功率的目的，同时，动力电池对高温循环和放电要求也较高，以满足不同环境下的正常使用。常规的锂离子电池适用的温度范围窄，要么低温放电倍率较低，要么高温存储不佳，因而研究能同时提高锂离子电池的低温和高温性能具有重要的现实意义。由于电解液的本身特性及其与正负极形成的界面在很大程度上影响着电池的高低温性能，因此通过电解液来改善低温和高温性能被证明是可行的技术措施。
为了使锂离子电池能够在低温和高温环境下正常充放电，需要使用低粘度和高温稳定的电解液。目前通过电解液来改善电池低温性能主要是通过添加低粘度的碳酸二甲酯(dmc)，碳酸甲乙酯(emc)和羧酸酯等，而改善高温性能主要是通过添加成膜添加剂如碳酸亚乙烯酯(vc)，1,3-丙磺酸内酯(ps)和1,3-丙烯磺酸内酯(pst)等。因此，在低粘度的碳酸二甲酯，碳酸甲乙酯和羧酸酯等有机溶剂的基础上添加碳酸亚乙烯酯和磺酸内酯等添加剂可以一定程度上改善低温电池的高温性能，但是却极大程度地降低了电池的低温放电性能。
技术实现要素：
为此，本发明在于提供一种电解液并提出一种含有该电解液的锂离子电池。
一种锂离子电池电解液，所述的电解液包括电解质锂盐、有机溶剂和添加剂，其中电解质锂盐占电解液总重量的质量分数为5％-20％，有机溶剂的质量分数为40％-94.6％，添加剂的质量分数为0.4％-40％。所述有机溶剂中采用环状或链状的碳酸酯，以及，直链状或支链状的羧酸酯，所述添加剂采用碳酸亚乙烯酯，磺酸内酯，氟代碳酸乙烯酯和硫酸乙烯酯及其衍生物；所述磺酸内酯采用1,3-丙磺酸内酯和1,3-丙烯磺酸内酯中的至少一种；所述硫酸乙烯酯采用硫酸乙烯酯、4-甲基-硫酸乙烯酯、4-氟-硫酸乙烯酯、4-氯-硫酸乙烯酯、4-溴-硫酸乙烯酯、4-碘-硫酸乙烯酯和4-氰基-硫酸乙烯酯中的至少一种。
优选的，所述电解质锂盐采用六氟磷酸锂、高氯酸锂、六氟砷酸锂、四氟草酸磷酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双(氟磺酰)亚胺锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂中的一种或几种；锂盐浓度为0.8-1.6mol/l。
优选的，所述环状碳酸酯采用碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸亚乙烯酯、亚硫酸乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、γ-丁内酯和四氢呋喃中的至少一种；所述链状碳酸酯采用碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯和碳酸甲丙酯中的至少一种；所述直链状的羧酸酯采用甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸丙酯、丁酸乙酯、丙酸乙酯、丁酸丙酯中的至少一种或几种；所述支链状的羧酸酯采用带有卤素取代基的甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸丙酯、丁酸乙酯、丙酸乙酯、丁酸丙酯中的至少一种或几种。
优选的，所述的碳酸酯在电解液中的质量百分数是10％-90％；羧酸酯在电解液中的质量百分数是10％-70％；碳酸亚乙烯酯在电解液中的质量百分数是0.01％-10％；磺酸内酯在电解液中的质量百分数是0.01％-10％；氟代碳酸乙烯酯在电解液中的质量百分数是0.01％-10％；硫酸乙烯酯及其衍生物在电解液中的质量百分数是0.01％-10％。
本发明采用以上技术方案，其优点在于，在含有低粘度羧酸酯的锂离子电池电解液中加入碳酸亚乙烯酯，磺酸内酯，氟代碳酸乙烯酯时，其在正负极表面上均可分解而形成性能稳定而厚实的膜，并延长该膜在高温下的存在时间，由于该膜可减少正负极与电解液的接触，从而避免高温下电解液在正负极表面发生持续氧化和还原反应，进而减弱了电解液的分解和锂离子电池内阻的上升，提高了锂离子电池的高温性能。同时硫酸乙烯酯或其衍生物的引入，锂离子电池在充放电时可以形成含有亚硫酸锂和硫酸酯锂的稳定sei膜，抑制羧酸酯在负极的反应，且此sei膜具有良好的导离子能力，进一步改善锂离子界面传递，降低界面内阻，从而保持了良好的低温性能。
相应的，本发明还提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包括壳体、正极、负极、隔膜和电解液；所述正极、负极、隔膜和电解液容纳在所述壳体内；所述电解液采用如权利要求6所述的锂离子电池电解液。
优选的，所述壳体采用方形铝壳，方形软包，圆柱形钢壳和圆柱形软包中的至少一种。
本申请还提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括壳体、正极、负极、隔膜和电解液；所述正极、负极、隔膜和电解液容纳在所述壳体内；所述壳体为方形铝壳，方形软包，圆柱形钢壳，圆柱形软包；所述正极包括正极集流体和设置于集流体上的正极活性物质层，正极活性物质层包括正极活性物质，导电剂和粘接剂；所述负极包括负极集流体和设置于集流体上的负极活性物质层，负极活性物质层包括负极活性物质，导电剂和粘接剂；所述隔膜为位于正极和负极之间并将所述正极和所述负极分开的隔膜。
本发明带来了以下有益的效果：
本发明通过优化溶剂组成并选加低阻抗和高温添加剂来降低sei低温电阻，减少正极与电解液之间的高温反应，从而达到提高电池低温性的同时改善高温性能。
具体实施方式
下面对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明：
在下述实施例中，所使用的实际、材料和仪器如没有特殊说明，均可商购获得，所用到的试剂也可通过常规的合成方法自行合成获得，所用到的物料如下：
锂盐：lipf6
环状碳酸酯：碳酸乙烯酯(ec)和碳酸丙烯酯(pc)
链状碳酸酯：碳酸甲乙酯(emc)
羧酸酯：乙酸乙酯(ea)
添加剂：碳酸亚乙烯酯(vc)，1,3-丙磺酸内酯(ps)，氟代碳酸乙烯酯(fec)和4-氟-硫酸乙烯酯(4-氟-硫酸乙烯酯)
实施例对应的锂离子电池制备过程包括以下几个步骤：
1.电解液的制备
在含水量<10ppm的氩气气氛手套箱内，将已经精馏，脱水和纯化处理后的有机溶剂ec、pc、emc和ea混合均匀作为溶剂；将充分干燥的lipf6溶解于上述混合有机溶剂中，然后加入添加剂vc，ps，fec和4-氟-硫酸乙烯酯，混合均匀，制得电解液。其中锂盐浓度为0.95mol/l。
2.正极片的制备
在nmp溶剂中将licoo2与导电剂(碳黑)、粘接剂(pvdf)按重量比98:1:1的重量比混合均匀，真空搅拌制成正极浆料；将浆料均匀涂敷在15μm的铝箔上，制备极片；将极片在120℃环境下烘干，并经辊压分条制得正极片。
3.负极片的制备
在h2o溶剂中将石墨与导电剂(碳黑)、增稠剂(cmc)、粘接剂(sbr)按重量比96:1:1:2的比例混合均匀，真空搅拌制成负极浆料；将浆料均匀涂敷在8μm的铜箔上，制备极片；将极片在80℃环境下烘干，并经辊压分条制得负极片。
4.电池的制备
将上述方法制备得到的正极片、负极片与厚度为16μm的聚乙烯隔膜依次层叠卷绕成一个方形的卷芯，并将该卷芯装入方形软包电池壳体(材质为铝塑膜)，然后真空烘烤注入上述制备的电解液，密封后经化成，抽气，整型和分容后得到方形软包锂离子电池。
在上述制备电池的过程中，各个电池所用的电解液、各个电解液中溶剂和添加剂的种类和含量，如下述表1中所示，含量均为基于电解液的总重量计算得到的重量百分数。
表1.电解液溶剂和添加剂的种类和含量
电池性能测试
1)低温放电测试
将上述制备所得的锂离子电池在25℃下，以0.5c电流恒流恒压充电至4.2v，截止电流0.05c，静置5min后将锂离子电池以0.5c恒流放电至3.0v，记录锂离子电池的放电容量c1。然后将锂离子电池以0.5c电流恒流恒压充电至4.2v，截止电流0.05c，满充后分别在-20℃，-10℃和0℃环境下静置4h后，以0.5c恒流放电至3.0v，记录锂离子电池的放电容量c2。
锂离子电池的低温放电容量比(％)＝不同温度下的放电容量c2/25℃下的放电容量c1。
2)60℃/7天高温存储测试
将上述制备所得的锂离子电池在25℃下，以0.5c电流恒流恒压充电至4.2v，截止电流0.05c，静置5min后将锂离子电池以0.5c恒流放电至3.0v，记录锂离子电池的放电容量c1。然后将锂离子电池以0.5c电流恒流恒压充电至4.2v，截止电流0.05c，记录锂离子电池厚度t1。满充后将电池放入60℃烘箱里静置7天后，记录锂离子电池厚度t2，并以0.5c恒流放电至3.0v，记录锂离子电池的放电容量c2。锂离子电池的高温放电容量比(％)＝不同温度下的放电容量c2/25℃下的放电容量c1，锂离子电池的高温厚度膨胀比(％)＝(t2-t1)/t1。
表2.不同锂离子电池的低温放电性能
表3.不同锂离子电池的60℃/7天高温存储性能
表1为各个电池所用的电解液溶剂和添加剂的种类和含量。
表2为不同锂离子电池的低温放电性能，表3为不同锂离子电池的60℃/7天高温存储性能。
从电池1和2的性能区别可以看出：在电解液中加入的羧酸酯含量增加后，锂离子电池的低温放电倍率性能得到了明显改善，但锂离子电池的60℃/7天高温存储出现恶化。
从电池1-电池8的性能可以看出：含有低粘度羧酸酯的锂离子电池电解液中同时加入硫酸乙烯酯或其衍生物、碳酸亚乙烯酯，磺酸内酯，氟代碳酸乙烯酯，锂离子电池同时具有良好的低温放电性能和高温存储性能。这是因为，一方面硫酸乙烯酯或其衍生物在锂离子电池充放电时可以形成含有亚硫酸锂和硫酸酯锂的稳定sei膜，抑制羧酸酯在负极的反应，且此sei膜具有良好的导离子能力，进一步改善锂离子界面传递，降低界面内阻；另一方面，碳酸亚乙烯酯，磺酸内酯，氟代碳酸乙烯酯可以在正极形成稳定的界面膜，抑制羧酸酯在正极的氧化反应，从而有效的改善锂离子电池的低温放电性能和高温存储性能。
从电池1，电池4和电池8的性能对比可以看出：随着亚硫酸乙烯酯添加量的增加，锂离子电池的低温放电性能先提高后降低，这是因为当亚硫酸乙烯酯的质量分数过高时，锂离子电池sei膜厚度增加，其导离子能力会受到影响，从而影响了低温放电性能。
综上所述，在含有羧酸酯溶剂的电解液中同时加入硫酸乙烯酯或其衍生物、碳酸亚乙烯酯，磺酸内酯，氟代碳酸乙烯酯，可使锂离子电池同时具有优良的低温放电性能和高温存储性能。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。