锂电池低温电解液和锂电池

本发明涉及锂电池，尤其涉及一种锂电池低温电解液和锂电池。

背景技术：

1、锂电池具有高工作电压、高比能量、长循环寿命、低自放电率和无记忆效应等优点，广泛应用于消费电子、电动汽车、规模储能、医疗电子、无人机等领域。但是，在实际应用过程中，锂电池的性能受环境温度的影响较大。目前锂电池适用温度在-20～55℃，当环境温度进一步降低(低于-40℃)时，锂电池将会出现严重的极化现象，并导致电池放电容量、循环寿命、大功率充放电等性能大幅下降，甚至出现严重的析锂现象，带来极大的安全隐患，严重阻碍了锂离子电池的应用。

2、在低温环境下，电解液的离子电导率会显著降低，粘度迅速上升，同时电极界面的离子迁移阻抗也会升高，导致电池内部离子迁移速率和外电路电子的迁移速率不匹配，因此锂电池内部会出现严重的极化，最终造成锂电池性能的衰减。为拓宽锂电池的应用场景，抑制低温对电池性能的负面影响，亟需研发出适用于低温环境的锂电池电解液。

3、虽然目前已有技术提出使用混和溶剂来改善电池低温下的导电性能或低温放电效率，以及采用含硫添加剂形成致密的固态电解质界面(sei)膜来提升电池的低温循环性能，但是，锂电池在低温下的其他性能仍有不足，仍有很大的改进空间。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种锂电池低温电解液和锂电池，锂电池低温电解液具有高的低温离子电导率、低的电解液粘度、高的锂离子迁移数，并且能够形成均匀稳定的低阻抗固态电解质界面膜。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种锂电池低温电解液包括：有机溶剂、锂盐和电解液添加剂；

3、其中，所述有机溶剂为高介电常数的基础有机溶剂、低粘度溶剂和低熔点溶剂组成的混合溶剂；

4、所述锂盐包括六氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、高氯酸锂、氟化锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂和双(五氟乙基磺酰基)亚氨基锂中的一种或多种混合；所述锂盐在所述有机溶剂中的浓度为0.3mol/l～1.5mol/l；

5、所述电解液添加剂为低温添加剂和成膜添加剂组成的混合添加剂。

6、优选的，所述低温添加剂包括：三(五氟苯基)硼烷、硼酸三(三甲硅烷基)酯、硼酸三(2,2,2-三氟乙基)酯、2,4,6-三甲氧基硼氧六环、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、三甲基硅醇、烷基醇酰胺、聚丙烯酰胺、亚磷酸三甲酯中的一种或几种；

7、所述成膜添加剂包括：碳酸亚乙烯酯、亚硫酸乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、亚硫酸丁烯酯、亚硫酸亚乙酯、4-甲基亚硫酸亚乙酯、氟代碳酸乙烯酯、二氟代碳酸乙烯酯、二氟磷酸锂、硝酸锂、二氯甲烷，三(2,2,2-三氟乙基)亚磷酸酯、3,5-二(三氟代甲基)苯硼酸、丁磺酸内酯、丙烯腈、碳酸锂、so2、co2中的一种或几种；

8、所述低温添加剂的质量占所述锂电池低温电解液总质量的0.02％～5％；

9、所述成膜添加剂的质量占所述锂电池低温电解液总质量的0.01％～2％。

10、优选的，所述有机溶剂中所述高介电常数的基础有机溶剂、低粘度溶剂和低熔点溶剂按照体积份数的比例为：(10％～50％):(20％～55％):(15％～50％)。

11、优选的，所述高介电常数的基础溶剂具体包括：碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、1,4-丁内酯和碳酸丁烯酯中的一种或几种。

12、所述低黏度溶剂具体包括：二甲基砜、亚硫酸乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、亚硫酸丁烯酯、二乙基砜、环丁砜、环戊砜、3-甲基环丁砜、乙基丁基醚、甲基叔丁基醚、乙基乙烯基醚、环氧乙烷、1,2-环氧丙烷、1,3-二氧五环、乙二醇二甲醚、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、二甲基四氢呋喃、磷酸三甲酯、磷酸二(2-乙基己基)酯、磷酸三(2-乙基己基)酯、丁腈、异丁腈、1,3,6-己烷三甲腈、对甲基苯甲腈、2,2-二氟丁二腈、三氰基苯、2-丁烯腈、1,2-二(氰乙氧基)乙烷、双(氰乙基)砜、3-(三甲基硅氧基)丙腈、二硫化碳、甲硫醚、乙二醇一甲醚、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丁烯酯及其氟类似物中的一种或几种；

13、所述低熔点溶剂具体包括：甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丙酯、甲酸异丙酯、甲酸丁酯、甲酸异丁酯、三甲氧基甲烷、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸乙烯酯、乙酸丙酯、乙酸异丙酯、乙酸烯丙酯、乙酸丁酯、乙酸异丁酯、乙酸仲丁酯、乙酸叔丁酯、乙酸戊酯、乙酸异戊酯、乙酸甲基异戊酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丙酸异丁酯、丙酸戊酯、丙酸异戊酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、丁酸丙酯、丁酸异丙酯、丁酸丁酯、丁酸戊酯、丁酸异戊酯、异丁酸甲酯、异丁酸乙酯、异丁酸异乙酯、戊酸甲酯、戊酸乙酯、戊酸丙酯、戊酸丁酯、异戊酸甲酯、异戊酸乙酯、三亚甲基碳酸酯及其氟类似物中的一种或几种。

14、优选的，所述高介电常数的基础溶剂用于提高锂盐的解离程度，所述低黏度溶剂用于提高溶剂化锂离子的迁移速率，所述低熔点溶剂用于拓宽电解液的低温液相范围。

15、优选的，所述低温添加剂用于降低阴离子基团的迁移率、提升锂离子的迁移率，并降低电极界面阻抗。

16、第二方面，本发明实施例提供了一种锂电池，包括：正极材料、负极材料、电解液和隔膜，其中，所述电解液为上述第一方面所述的锂电池低温电解液。

17、优选的，所述正极材料包括：磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝锂、富锂层状氧化物、镍锰酸锂、钛酸锂、氟化石墨、mno2、fes2、fef3、s、h2o、co2、o2中的一种或多种。

18、优选的，所述负极材料包括：li4ti5o12、高定相热解石墨、人造石墨、天然石墨、石墨化炭纤维、石墨化中间相炭微球、硬碳、软碳、碳纳米管、石墨烯及石墨烯复合负极材料、硅负极材料、氧化亚硅、硅碳复合负极、金属锂负极材料、锂合金、复合金属锂负极材料、锡基负极材料、锡氧化物负极材料以及mos2中的一种或多种。

19、本发明实施例提供的锂电池低温电解液，所选用有机溶剂结合了多种溶剂的优点，高介电常数的基础溶剂能够提高锂盐的解离程度，低黏度溶剂能够提高溶剂化锂离子的迁移速率，低熔点溶剂能够拓宽电解液的低温液相范围，通过有机溶剂与锂盐的配比优化，有效地提升了电解液的低温离子电导率。同时，所选用的低温添加剂能够有效隔离锂离子和阴离子基团，增加阴离子基团的迁移难度，进而提升锂电池低温电解液的锂离子迁移数；低温添加剂能够有效降低电极界面阻抗，从而使得锂电池的倍率性能在超低温的条件下表现优异。此外，电解液中所用成膜添加剂能够形成均匀稳定的低阻抗固态电解质界面膜，减缓电池循环容量的衰减，不仅不会影响电池在常温下的性能，而且对其低温性能也有改善作用。

技术特征：

1.一种锂电池低温电解液，其特征在于，所述锂电池低温电解液包括：有机溶剂、锂盐和电解液添加剂；

2.根据权利要求1所述的锂电池低温电解液，其特征在于，所述低温添加剂包括：三(五氟苯基)硼烷、硼酸三(三甲硅烷基)酯、硼酸三(2,2,2-三氟乙基)酯、2,4,6-三甲氧基硼氧六环、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、三甲基硅醇、烷基醇酰胺、聚丙烯酰胺、亚磷酸三甲酯中的一种或几种；

3.根据权利要求1所述的锂电池低温电解液，其特征在于，所述有机溶剂中所述高介电常数的基础有机溶剂、低粘度溶剂和低熔点溶剂按照体积份数的比例为：(10％～50％):(20％～55％):(15％～50％)。

4.根据权利要求1所述的锂电池低温电解液，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的锂电池低温电解液，其特征在于，所述高介电常数的基础溶剂用于提高锂盐的解离程度，所述低黏度溶剂用于提高溶剂化锂离子的迁移速率，所述低熔点溶剂用于拓宽电解液的低温液相范围。

6.根据权利要求1所述的锂电池低温电解液，其特征在于，所述低温添加剂用于降低阴离子基团的迁移率、提升锂离子的迁移率，并降低电极界面阻抗。

7.一种锂电池，其特征在于，所述锂电池包括：正极材料、负极材料、电解液和隔膜，其中，所述电解液为上述权利要求1至7任一所述的锂电池低温电解液。

8.根据权利要求7所述的锂电池，其特征在于，所述锂电池具体包括：扣式电池、软包电池、方形铝壳电池或圆柱电池中的任一种。

9.根据权利要求7所述的锂电池，其特征在于，所述正极材料包括：磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝锂、富锂锰基层状氧化物、镍锰酸锂、钛酸锂、氟化石墨、mno2、fes2、fef3、s、h2o、co2、o2中的一种或多种。

10.根据权利要求7所述的锂电池，其特征在于，所述负极材料包括：li4ti 5o12、高定相热解石墨、人造石墨、天然石墨、石墨化炭纤维、石墨化中间相炭微球、硬碳、软碳、碳纳米管、石墨烯及石墨烯复合负极材料、硅负极材料、氧化亚硅、硅碳复合负极、金属锂负极材料、锂合金、复合金属锂负极材料、锡基负极材料、锡氧化物负极材料以及mos2中的一种或多种。

技术总结
本发明涉及一种锂电池低温电解液和锂电池，所述锂电池低温电解液包括：有机溶剂、锂盐和电解液添加剂；其中，所述有机溶剂为高介电常数的基础有机溶剂、低粘度溶剂和低熔点溶剂组成的混合溶剂；所述锂盐包括六氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、高氯酸锂、氟化锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂和双(五氟乙基磺酰基)亚氨基锂中的一种或多种混合；所述锂盐在所述有机溶剂中的浓度为0.3mol/L～1.5mol/L；所述电解液添加剂为低温添加剂和成膜添加剂组成的混合添加剂。

技术研发人员：李泓,薛巍然,李泉,禹习谦
受保护的技术使用者：中国科学院物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11