一种电解液和锂离子电池的制作方法

本发明属于锂离子电池，具体地，涉及一种电解液和锂离子电池。

背景技术：

1、锂电池具有比能量高、稳定性高、成本低廉、环境友好性等特点，更符合节能减排的时代需求。然而，高温环境、低温环境(低于20℃)都会对锂电池的性能造成不良影响。低温会降低锂离子在隔膜中所产生的负极性，使其无法形成锂离子的可逆复合膜，从而使锂电池的性能降低，其放电能力就会相应降低；高温会加速电解液分解和产生有害物质，从而使锂电池的性能降低，其放电性能就会相应降低。

2、基于此，现有技术仍存在以下问题：(1)难以平衡磷酸铁锂电池高低温放电性能，在满足高温放电的前提下，低温放电保持率差；(2)难以平衡锂电池的各项性能，在满足锂电池高低温放电特性的同时，其循环寿命短、存储性能差。因此，亟需克服现有技术的不足，开发一种同时兼顾高低温放电特性、高循环性能和高存储寿命的电解液至关重要。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种电解液，该电解液的添加剂中第一添加剂与第二添加剂的搭配能够在平衡电池高低温放电特性的同时改善电池的循环性能和存储性能。

2、根据本发明的一个方面，提供一种电解液，按照质量百分数计算，包括锂盐14％～20％、有机溶剂75～85％和添加剂1％～5％，添加剂包括第一添加剂和第二添加剂，第一添加剂包括碳酸亚乙烯酯，且第一添加剂还包括碳酸乙烯亚乙酯、氟代碳酸乙烯酯、二氟磷酸锂和双氟草酸硼酸锂中的至少一种；第二添加剂包括四丁基高氯酸铵。本发明所提供的电解液采用特定的添加剂，在该添加剂中第一添加剂与第二添加剂的搭配能够在平衡电池高低温放电特性的同时改善电池的循环性能和存储性能；一方面，该添加剂中第一添加剂采用碳酸亚乙烯酯和碳酸乙烯亚乙酯、氟代碳酸乙烯酯、二氟磷酸锂和双氟草酸硼酸锂中的至少一种，使电解液能够在极片表面构筑低阻抗的界面sei膜，降低固-液界面阻抗，进而促进正负极间的电荷传递和锂离子传输，使本发明所提供的电解液在宽温带均具有优异的锂离子传输动力特性和导电性能，从而使电池在高温和低温条件下均具有优异的放电输出能力；另一方面，该添加剂通过引入四丁基高氯酸铵(tbap)，tbap作为特定的催化剂，能够催化负极co2还原为草酸盐，具体地，二氧化碳分子首先被还原为高能量的co2-自由基阴离子，然后两个吸附在催化剂表面的co2-自由基阴离子再通过c-c键的耦合生成草酸盐阴离子c2o24-，即这样将负极co2的还原产物控制为草酸盐，防止了co2扩散至负极并还原为碳酸根形成碳酸锂(li2co3)，造成活性锂损失导致电池不可逆自放电的问题，从而改善了电池的循环稳定性和存储寿命。

3、锂离子电池的自放电反应是不可避免的，不仅导致电池容量的下降，而且严重影响电池的结构和循环寿命。其中，锂离子电池的自放电所导致的容量损失大部分是可逆的，只有一小部分是不可逆的，造成不可逆自放电的原因主要有：锂离子的损失(形成不可溶的li2co3等物质)、电解液氧化产物堵塞电极微孔，造成内阻增大。比如，在高电势(＞4.2v)、微量水或高温条件下，碳酸乙烯酯(ec)溶剂可以发生电氧化或路易斯酸催化的开环聚合，生成类peo聚合物并释放co2。co2扩散至负极，并还原成为碳酸根、甲酸根和草酸根。其中，由于碳酸根形成碳酸锂容易造成活性锂损失，成为不可逆自放电，引起电池的容量不可逆损失和sei膜的厚度增加，导致电池的存储性能下降；同时co2的减少还会促进ec的分解和聚合，导致电极表面生成更多的类peo聚合物，从而导致电池的功率性能下降。

4、优选地，第二添加剂还包括保护溶剂，保护溶剂包括乙腈、碳酸丙烯酯、n，n-二甲基甲酰胺、二甲亚砜中的至少一种。将tbap溶于上述保护溶剂中，保证了tbap的纯度，同时，提高了其化学稳定性，有利于tbap在添加剂中更好地发挥其催化活性。

5、优选地，四丁基高氯酸铵的质量占第二添加剂总质量的3.5～8％。例如，四丁基高氯酸铵的质量占第二添加剂总质量的3.5％、4％、5％、6％、7％或8％等。本发明通过控制tbap在第二添加剂中的含量，有利于使tbap充分溶解于保护溶剂中，提高二者的相容性，进而使本发明所提供的电解液充分地将co2还原为草酸盐，降低电池的不可逆自放电，同时上述含量的tbap有利于提高电解液的离子电导率，进而提高电池的循环性能和存储性能。

6、优选地，第一添加剂包括碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、氟代碳酸乙烯酯、二氟磷酸锂和双氟草酸硼酸锂；其中，按照质量份数计算，碳酸亚乙烯酯：碳酸乙烯亚乙酯：氟代碳酸乙烯酯：二氟磷酸锂：双氟草酸硼酸锂＝1：0.5～1.5：0.5～2：0.5～2：0.5～1.5。例如，按照质量份数计算，碳酸亚乙烯酯：碳酸乙烯亚乙酯：氟代碳酸乙烯酯：二氟磷酸锂：双氟草酸硼酸锂＝1：0.5：0.5：0.5：0.5、1：0.5：0.5：0.5：1.5、1：1.5：0.5：0.5：0.5、1：1.5：0.5：0.5：1.5、1:0.5:2:0.5:0.5、1:0.5:2:0.5:1.5、1:0.5:0.5:2:0.5或1:0.5:0.5:2:1.5等。本发明所采用的第一添加剂通过对配方进行合理复配，使电解液在高温环境和低温环境下均具有优异的锂离子传输动力特性和导电性能，从而提高了电池的高低温放电能力，使电池在高低温条件下的输出特性均达到更高的水平；同时，该第一添加剂中各组分能够与第二添加剂进一步发挥协同增效作用，二者的搭配在平衡电池高低温放电特性的同时提高了电池的循环性能和存储寿命，防止了由于活性锂的损失造成电池容量的损失和由于不可逆自放电造成电池功率性能和存储性能劣化等问题。

7、优选地，碳酸亚乙烯酯：碳酸乙烯亚乙酯：氟代碳酸乙烯酯：二氟磷酸锂：双氟草酸硼酸锂＝1:1:1:2:1。

8、优选地，在添加剂中，第一添加剂与第二添加剂的质量份数比为3～8:0.2～1。例如，在添加剂中，第一添加剂与第二添加剂的质量份数比为3:1、6:1、8:1、3:0.5、6:0.5、8:0.5、3:0.2、6:0.2或8:0.2等。本发明通过将第一添加剂与第二添加剂的配比控制在上述范围内，二者能够更充分有效地发挥协同作用，使电池在具备优异的高低温放电特性的同时，防止了碳酸锂(li2co3)的形成造成活性锂的损失，从而进一步提高了由此得到的电池的循环性能和功率性能。

9、优选地，在添加剂中，第二添加剂与第一添加剂的质量份数比为6:1。

10、优选地，锂盐包括六氟磷酸锂和双氟磺酰亚胺锂，其中，按照质量份数计算，六氟磷酸锂：双氟磺酰亚胺锂＝1：0.5～2。例如，按照质量份数计算，六氟磷酸锂：双氟磺酰亚胺锂＝1：0.5、1:1、1:1.5或1:2等。本发明所提供的电解液采用特定的锂盐，六氟磷酸锂具有优异的电化学稳定性，双氟磺酰亚胺锂具有优异的热稳定性，二者的搭配能够发挥协同作用，使电池即使在高温条件下仍能够保持较高水平的放电容量，从而进一步提高了电池在高温条件下的循环性能。

11、优选地，在电解液中，锂盐的浓度为1.5～2mol/l。例如，锂盐的浓度为1.5mol/l、1.6mol/l、1.7mol/l、1.8mol/l、1.9mol/l或2mol/l等。本发明通过将锂盐在电解液中的浓度控制在上述范围内，提高了电解液的离子电导率。

12、优选地，有机溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯中的至少一种。

13、优选地，有机溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯，其中，按照质量份数计算，碳酸乙烯酯：碳酸丙烯酯：碳酸二甲酯：碳酸甲乙酯的质量份数比为1：0.2～1：0.5～1.5：1～2。例如，按照质量份数计算，碳酸乙烯酯：碳酸丙烯酯：碳酸二甲酯：碳酸甲乙酯的质量份数比为1：0.2：0.5：1、1:0.2:0.5:2、1:0.2:1.5:1、1:0.2:1.5:2、1:1:0.5:1、1:1:0.5:2、1:1:1.5:1或1:1:1.5:2等。本发明采用特定的有机溶剂，该有机溶剂的配方降低了电解液的粘度，促进了锂离子在正负极之间的传输，提高了电解液的电导率，有利于使该电解液在低温条件下具备优异的锂离子动力学传输特性，使电池即使在低温条件下仍能够保持较高水平的放电能力，从而进一步提高了由本发明所提供的电解液制得的电池的低温性能。

14、优选地，碳酸乙烯酯：碳酸丙烯酯：碳酸二甲酯：碳酸甲乙酯的质量份数比为25：5：30：40。

15、根据本发明的另一个方面，提供一种锂离子电池，包括上述电解液。本发明所提供的锂离子电池兼具优异的高低温放电特性、循环性能和存储性能。

16、优选地，锂离子电池还包括正极片，正极片所采用的正极活性材料包括磷酸铁锂。