CN104969402B - 用于宽温工作的锂离子电池单元的电解质溶液 - Google Patents

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Abstract

本公开总体上涉及电池及电池模块领域。更具体地讲，本公开涉及可以在车辆背景以及其他能量存储/消耗应用中使用的电池单元。一种电解质溶液包含至少一种酯溶剂和多种添加剂。具体地讲，所述多种添加剂包含环状碳酸酯类添加剂、磺酸内酯类添加剂以及，硼酸酯类添加剂亦或酰亚胺类添加剂之一。目前公开的电解质溶液允许制造具有宽工作温度范围(例如，在大约‑30℃至大约60℃之间)的电池单元。

Description

用于宽温工作的锂离子电池单元的电解质溶液
相关申请的交叉引用
本申请主张于2012年12月28日提交的题为“用于宽温工作的二次锂电池的电解质”的序列号61/746,826的美国临时申请的优先权和权益，该申请的全部内容为了所有目的通过引用合并到本申请中。
背景技术
本公开总体上涉及锂离子电池及电池模块领域。更具体地讲，本公开涉及可以在车辆背景以及其他能量存储/消耗应用中使用的电池单元。
这部分旨在向读者介绍以下所描述并且/或者主张的本公开的多个方面可能涉及的多个技术方面。据信这种讨论有助于向读者提供背景信息以便于更好地理解本公开的多个方面。因此，应当理解，阅读的这些陈述仅就此而论，并非承认现有技术。
使用为车辆提供所有或部分原动力的一个或多个电池系统的车辆可以称为xEV，本文中定义的术语xEV包括使用电力作为全部或部分车辆原动力的所有以下车辆或者它们的任何变型或组合。本领域的技术人员将要理解，混合动力车辆(HEV)将内燃机推进系统与电池动力电动推进系统结合，例如48V或130V系统。术语HEV可以包括混合动力车辆的任何变型。例如，全混动力系统(FHEV)可以提供原动力和其他电力给使用一个或多个电动机、仅使用内燃机或者使用两者的车辆。相比之下，轻度混合动力系统(MHEV)在车辆空转时停用内燃机并且利用电池系统继续给空调机组、广播或其他电子设备供电，并且在需要推进时重启引擎。轻度混合动力系统也可以例如在加速期间采用一定水平的电力辅助来补充内燃机。轻度混合动力系统通常是96V至130V并且通过皮带或曲柄集成起动发电机回收制动能量。另外，微混合电动车辆(mHEV)也使用与轻度混合动力系统类似的“启停”系统，但是mHEV的微混合动力系统可以供应或不供应电力辅助给内燃机，并且在60V以下的电压工作。为了本讨论的目的，应该注意的是，mHEV通常不在技术上使用直接提供给曲轴或变速器的电力作为车辆的原动力的任何部分，但是mHEV可以仍然看成是xEV，因为它在车辆空转且内燃机停用时的确使用电力来补充车辆的动力需求并且通过集成的起动发电机回收制动能量。此外，插电式电动车辆(PEV)是从例如壁式插座的外部电源充电的任何车辆并且存储在可再充电电池组中的能量驱动或帮助驱动车轮。PEV是包括全电动或电池电动车辆(BEV)、插电式混合动力车辆(PHEV)以及混合动力车辆和常规内燃机车辆的电动车辆转换的电动车辆的子类。
与仅使用内燃机和通常由铅酸蓄电池供电的12V系统的传统电气系统的更传统的汽油动力车辆相比，如上所述的xEV可以提供许多优点。例如，与传统内燃机车辆相比，xEV可以产生更少的不良的排放产物并且可以表现出更高的燃油效率，并且在一些情况下，这种xEV可以完全消除使用汽油，正如某些类型的PHEV的情形。
随着xEV技术的持续发展，需要提供一种用于这种车辆的改进的电源(例如，电池系统或模块)。例如，希望在不需要给电池充电的情况下增加这种车辆可以行驶的距离。另外，还希望提高这种电池的性能并且减少与电池系统相关的成本。具体地讲，令人满意的是，xEV电池动力系统在许多环境下(例如，高温和低温环境、潮湿环境、干燥环境等)能够提供xEV的操作。
发明内容
本公开总体上涉及锂离子电池及电池模块领域。更具体地讲，本公开涉及可以在车辆背景以及其他能量存储/消耗应用中使用的电池单元。
在一个实施例中，一种电解质溶液包含至少一种酯溶剂和多种添加剂。具体地讲，所述多种添加剂包含环状碳酸酯类添加剂、磺酸内酯类添加剂以及硼酸盐类添加剂亦或酰亚胺类添加剂。
在另一个实施例中，一种电解质溶液包含至少一种酯溶剂、0.5重量百分比至2.0重量百分比的环状碳酸酯类添加剂、0.5重量百分比至2.0重量百分比的磺酸内酯类添加剂以及0.5重量百分比至2.0重量百分比的硼酸盐类添加剂。
在另一个实施例中，一种电解质溶液包含至少一种酯溶剂、0.5重量百分比至2.0重量百分比的环状碳酸酯类添加剂、0.5重量百分比至2.0重量百分比的磺酸内酯类添加剂以及0.5重量百分比至2.0重量百分比的酰亚胺类添加剂。
在另一个实施例中，一种电解质溶液包含丁酸甲酯(MB)、碳酸亚乙烯酯(VC)、丙磺酸内酯(PS)、以及双乙二酸硼酸锂(LiBOB)、或双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)的至少一种。
附图说明
图1是根据本方法的实施例的车辆(xEV)的透视图，该车辆具有给车辆提供全部或部分动力的电池系统；
图2是根据本方法的实施例的混合电动车辆(HEV)形式的图1的xEV实施例的剖面示意图；
图3是根据本方法的实施例的圆柱形电池单元的透视图；
图4是根据本方法的实施例的棱柱状电池单元的透视图；
图5是根据本方法的实施例的袋状电池单元的透视图；
图6是阳极层、非导电层和阴极层的堆层的实施例的示意图；
图7A至图7C是示出了根据本方法的方面的电池单元的实施例的阻抗测量的曲线图；
图8A至图8C是示出了根据本方法的方面的在低温下工作的电池单元的实施例的电池电压与放电容量的曲线图；
图9是示出了根据本方法的方面的电池单元的实施例的高温下的循环寿命性能(即，电池容量与循环次数)的曲线图；和
图10是示出了根据本方法的方面的电池单元的实施例的高温下的循环寿命性能(即，放电容量与循环次数)的另一个曲线图。
具体实施方式
以下将描述一个或多个具体实施例。为了提供这些实施例的精确描述，本说明书中不会描述实际实施方式的所有特征。应当理解，在开发任何这种实际实施方式中，如同在任何工程或设计项目中，必须作出许多实施方式专用的决定来获得开发者的具体目的，例如，符合系统相关的和商业相关的约束，这可能因实施方式的不同而异。此外，应当理解，这种开发努力可能很复杂且费时，但是对于从本公开受益的普通技术人员而言，这不过是设计、制备和制造的日常任务。
在介绍本公开的各种实施例的元件时，冠词“一个”、“一种”和“所述”旨在表示有一个或多个元件的意思。术语“包括”、“包含”和“具有”旨在包括性的，并且是指还可以具有除列举的元件之外的附加元件。另外，应当理解的是，提及本公开的“一个实施例”或“一种实施例”并非旨在理解为排除也包含所述特征的附加实施例的存在。
本文所述的电池系统可以用于提供电力给许多不同类型的xEV以及其他能量存储应用(例如，电网电力存储系统)。这种电池系统可以包括一个或多个电池模块，各电池模块具有许多电池单元(例如，锂离子电池)，这些电池单元设置成提供用于给例如xEV的一个或多个部件供电的特定电压和/或电流。因此，当前公开了用于制造允许宽工作温度范围(例如-20℃及更低(例如-30℃)的温度至45℃及更高(例如60℃)的温度)的电池单元的许多系统和方法。具体地讲，根据本方法的电池单元包含一种或多种添加剂以及一种或多种酯溶剂，所述添加剂和酯溶剂共同实现良好的低温(例如，-30℃)容量保持能力以及良好的高温(例如45℃)循环寿命性能，同时还维持低阻抗。同样地，本实施例在以下方面解决了典型的二次锂离子电池单元的缺点：在不会由于高温应力(例如，在温暖环境下连续充电和放电)而牺牲电池单元的寿命的情况下，在低温提供足够的电流(例如，在寒冷环境下启动具有内燃机部件的xEV)。在某些实施例中，通过具体实例，公开的电解质溶液可以包括酯溶剂，例如，丁酸甲酯，以及例如碳酸亚乙烯酯、丙磺酸内酯以及双乙二酸硼酸锂亦或双三氟甲基磺酰亚胺锂的添加剂的组合。
考虑到上述内容，图1是根据本实施例的具有电池系统20的汽车(例如，小汽车)形式的xEV 10的透视图，该电池系统用于提供车辆10的全部或部分动力(例如，电力和/或原动力)，如上所述。尽管xEV 10可以是任意上述类型的xEV，但是作为具体实例，xEV 10可以是mHEV，包括配有微混合动力系统的内燃机，该微混合动力系统包括在启停循环期间可以利用电池系统20给至少一个或多个配件(例如，AC、灯具、控制台等)供电并且点燃内燃机的启停系统。
另外，尽管在图1中xEV 10图示为小汽车，但是在其他实施例中，车辆的类型可以变化，所有这些内容旨在落入本公开的范围内。例如，xEV 10可以是车辆的代表，包括卡车、公共汽车、工业车辆、摩托车、娱乐车辆、船或者由使用电力而受益的任何其他类型的车辆。另外，尽管图1中电池系统20图示为位于车辆的后备箱中或后部，但是根据其他实施例，电池系统20的位置可以不同。例如，电池系统20的位置可以根据车辆内的可用空间、车辆所需的重量平衡、与电池系统20一起使用的其他部件(例如，电池管理系统、通风或冷却装置等)的位置以及各种其他考量进行选择。
图2图示了图1的xEV 10的实施例的剖面示意图，该xEV设置成具有电池系统20的HEV的形式，该电池系统包括一个或多个电池模块22。具体地讲，图2所示的电池系统20配置成朝着靠近燃料箱12的车辆10的后部。在其他实施例中，电池系统20可以设置成紧挨着燃料箱12，设置在车辆10后部单独的舱(例如，后备箱)内，或者设置在xEV 10的另一个合适的位置。另外，如图2所示，当xEV 10利用汽油动力来推动车辆10时可以设置内燃机14。车辆10还可以包括作为驱动系统的一部分的电动机16、动力分配装置17以及发电机18。
图2中图示的xEV车辆10可以单独由电池系统20、单独由内燃机14或者共同由电池系统20和内燃机14供电或驱动。应该指出的是，在本方法的其他实施例中，可以利用其他类型的车辆以及用于车辆驱动系统的其他类型的构造，并且图2的示意性图示不应当被认为限制本申请中描述的主题的范围。根据各种实施例，尤其是，电池系统20的大小、形状和位置、车辆的类型、xEV技术的类型以及电池化学成分的特征可以与所示或所述的特征不同。电池系统20可以总体上包括一个或多个电池模块22，各电池模块具有多个电池单元(例如，锂离子电池)，以下更详细地讨论电池单元。电池系统20可以包括用于使多个电池模块22彼此连接起来并且/或者与车辆电动系统的其他部件连接起来的特征或部件。例如，电池系统20可以包括负责监测并且控制一个或多个电池模块22的电气性能和热性能的特征。
考虑到上述内容，图3至图5是可以包含当前公开的电解质溶液的电池单元的实施例的透视图，该电解质溶液在宽工作温度范围内实现良好的性能。也就是说，在某些实施例中，图1和图2所示的电池系统22可以包括图3至图5的合适数量(例如，2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多个)的电池单元，各电池单元被构造成存储电荷。应当理解，图3至图5中示出的电池单元仅仅被提供作为实例。在其他实施例中，在不损害本方法的效果的情况下，其他形状(例如，椭圆形、棱柱状、多边形等)、大小、端子结构和其他特征也可以用于电池单元。
图3示出了根据本方法的一个示例实施例的圆柱形锂离子电池单元40。图示的圆柱形锂离子电池单元40包括负极端子42，该负极端子与设置在电池单元40的外壳44内的阳极连接上。图示的圆柱形锂离子电池单元40还包括正极端子46，该正极端子与同样设置在电池单元40的外壳44内的阴极连接。对于图示的圆柱形锂离子电池单元40，阳极和阴极可以是以下讨论的圆柱形线圈形式。另外，正如以下详细讨论的，圆柱形电池单元40包含电解质，该电解质具有共同实现在高温(例如，60℃)和低温(例如，-30℃)工作时的良好性能和寿命的一种或多种添加剂和一种或多种酯溶剂。
图4示出了根据本方法的另一个示例实施例的棱柱状锂离子电池单元50。图示的棱柱状锂离子电池单元50包括负极端子52，该负极端子与设置在电池单元50的外壳54内的阳极连接。图示的棱柱状锂离子电池单元50还包括正极端子56，该正极端子与同样设置在电池单元50的外壳54内的阴极连接。对于图示的棱柱状锂离子电池单元50，阳极和阴极可以是以下讨论的椭圆形线圈形式或者作为以下讨论的一系列堆叠的板。此外，正如以下详细讨论的，棱柱状电池单元50包含电解质，该电解质具有共同实现在高温(例如，60℃)和低温(例如，-30℃)工作时的良好性能和寿命的一种或多种添加剂和一种或多种酯溶剂。
图5示出了根据本方法的另一个示例实施例的袋状锂离子电池单元60。图示的袋状锂离子电池单元60包括负极接头端子62，该负极端子与设置在电池单元60的非导电聚合物小袋64内的阳极连接上。图示的袋状锂离子电池单元60还包括正极接头端子66，该正极端子与同样设置在电池单元60的聚合物小袋64内的阴极连接。对于图示的袋状锂离子电池单元60，阳极和阴极可以是以下讨论的椭圆形线圈形式。正如以上讨论的圆柱形电池40和棱柱状电池50，袋状电池单元60包括共同实现在高温(例如，60℃)和低温(例如，-30℃)工作时的良好性能和寿命的以下详细讨论的一种或多种添加剂和一种或多种酯溶剂。
为了更好地图示图3、图4和图5中分别图示的各电池单元实施例40、50和60的阳极和阴极的一般结构，图6是二次锂离子电池单元70的实施例的某些内部部件的示意图，该实施例可以是电池单元实施例40、50和60的任意一个。图6中图示的电池单元70的实施例包括交替的阳极层72和阴极层74以及设置在各阳极层与阴极层之间的非导电层76以及外层。这种交替堆叠的结构可以以许多方式形成。例如，在某些实施例中，交替的堆层可以通过以下方式形成：堆叠阳极层72(例如，石墨或类似类型的碳阳极材料)、一个或多个非导电层76，以及阴极层(例如，一条具有活性材料的铝箔带)，然后卷绕堆层(例如，围绕心轴)以形成圆柱形或椭圆形线圈。在其他实施例中，这种交替的堆层结构可以通过以下方式构造：交替地堆叠阳极板72(例如，涂敷有活性材料的铜板)以及通过非导电层或板76彼此分隔开的阴极板74(例如，涂敷有活性材料的铝板)。不论堆层结构是否是通过线圈或堆叠板构造而成，阳极层72可以通过负集流体特征78彼此电性连接上并且与负极端子(例如，电池单元40、50和60的负极端子42、52和62)电性连接。类似地，阴极层74可以通过正集流体特征80彼此电性连接上并且与正极端子(例如，电池单元40、50和60的正极端子42、52和66)电性连接。
另外，图6所示的电池单元70包括电解质溶液82，该电解质溶液设置在包装84内并且在整个电池单元70中以便于在工作期间在电池单元70内往复输送载流子(例如，电子和空穴)和/或离子(例如，锂离子)。另外，电解质溶液82包含使得电池单元70提供低温性能和高温寿命的至少一种添加剂和至少一种酯溶剂。可以理解的是，目前已设想到公开的添加剂和溶剂的所有组合(例如，包括具有一种添加剂和两种酯溶剂、两种添加剂和一种酯溶剂、或者两种添加剂和两种酯溶剂等等的实施例)。还可以理解的是，电解质溶液82也可以包含其他组分，例如，锂盐(例如，LiPF6、LiBF4或另一种合适的锂盐)和其他溶剂(例如，碳酸亚乙酯(EC)和/或碳酸甲乙酯(EMC))，以便于电池单元70的工作。例如，碳酸盐溶剂的非限制性列表可以包括：碳酸亚乙酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯、碳酸甲丙酯、碳酸二乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸二丙酯、碳酸亚丁酯、碳酸二丁酯、碳酸戊烯酯或适合用于电池应用的任何其他碳酸烷酯或链烯酯。作为具体实例，在某些实施例中，电池单元70的电解质溶液82可以包含溶剂混合物中的六氟磷酸锂(LiPF6)，该溶剂混合物包含等量的EC和EMC。
具体地讲，电解质溶液82的实施例包含实现提高的低温电池性能(例如，低于-20℃的温度)的一种或多种酯溶剂，例如丁酸酯和丙酸酯。实例的酯溶剂的非限制性列表包括：丙酸甲酯(MP)、丁酸甲酯(MB)、丙酸乙酯(EP)、丁酸乙酯(EB)。作为具体实例，在某些实施例中，电池单元70的电解质溶液82可以包含溶剂混合物，该溶剂混合物包含环状碳酸酯(例如，EC)、直链碳酸酯(例如，EMC)和一种或多种酯溶剂(例如，MB)。具体地讲，在某些实施例中，可以通过以下方式合成电解质溶液82：首先形成第一溶液，该第一溶液包含溶解在20体积百分比EC、20体积百分比EMC和60体积百分比酯溶剂(例如，MB)中的锂盐(例如，1.2MLiPF6)，然后使该第一溶液与以下讨论的一种或多种添加剂混合。在某些实施例中，溶剂混合物可以包含大致等量的环状碳酸酯和直链碳酸酯。在某些实施例中，溶剂混合物和/或最终电解质溶液82可以包含大约三倍于环状碳酸酯或直链碳酸酯的酯溶剂。另外，在某些实施例中，一种或多种酯溶剂可以占电解质溶液82的大约40体积百分比、大约50体积百分比或大约60体积百分比。
另外，电解质溶液82的实施例也包括实现在高温(例如，在45℃或更高的温度)工作期间提高的循环寿命和使用寿命的一种或多种添加剂。示例种类的添加剂的非限制性列表包括：磺酸内酯类添加剂、酰亚胺类添加剂、硼酸盐类添加剂、环状碳酸酯类添加剂、氟化环状碳酸酯类添加剂、氟化酯类添加剂、砜类添加剂、氟化硼酸盐类添加剂、酰胺类添加剂、直链碳酸酯类添加剂和氟化的直链碳酸酯类添加剂。示例的添加剂的非限制性列表包括：双乙二酸硼酸锂(LiBOB)、碳酸亚乙烯酯(VC)、丙磺酸内酯(PS)、双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)、二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)和碳酸氟乙烯酯(FEC)。可以理解的是，每种这些添加剂可以以不同的方式影响电池单元70的性能。例如，某些碳酸酯类添加剂，例如环状碳酸酯类添加剂VC，以及某些硼酸盐类添加剂，例如LiBOB，可以使电池单元70的阳极层72的界面在工作期间稳定，这提高了在高温工作期间的电池单元70的寿命。作为另外的实例，某些磺酸内酯类添加剂，例如，PS，反而可以使阴极层74在电池单元70高温工作期间稳定以提高电池单元70的寿命。
在某些实施例中，可以单独或共同包含浓度在大约0.5重量百分比至大约2.0重量百分比之间的每种这些添加剂。例如，在某些实施例中，电解质溶液82可以包含在大约0.5重量百分比至2.0重量百分比之间的PS。另外，在某些实施例中，电解质溶液82可以包含与PS结合的在大约0.5重量百分比与大约2.0重量百分比之间的VC。此外，在某些实施例中，电解质溶液82可以与PS和VC结合进一步包含在大约0.5重量百分比与大约2.0重量百分比之间的LiBOB或LiTFSI。可以理解的是，如果一种或多种添加剂的浓度太大，电池模块70的电池电阻会不利地增大，然而，如果一种或多种添加剂的浓度太低，电池模块70的高温寿命会受损。
在某些实施例中，电解质溶液82可以通过以下方式来形成：首先在碳酸酯和酯溶剂的混合物中形成电解质盐(例如，20体积百分比EC、20体积百分比EMC和60体积百分比MB中的1.2M LiPF6)的初始溶液，在初始溶液中加入多种添加剂以得到最终的电解质溶液82。在某些实施例中，这些添加剂可以包括环状碳酸酯添加剂(例如，VC)和氟化环状碳酸酯添加剂(例如，FEC)。另外，在某些实施例中，这些添加剂可以包括环状碳酸酯添加剂(例如，VC)、磺酸内酯添加剂(例如，PS)以及硼酸盐添加剂(例如，LiBOB)亦或酰亚胺类添加剂(例如，LiTFSI)。作为具体实例，在某些实施例中，添加剂包含大约1重量百分比的VC、1重量百分比的PS和大约0.5重量百分比的LiBOB。在其他实施例中，这些添加剂包括大约1重量百分比的VC、大约1重量百分比的PS和大约0.3重量百分比的LiTFSI。因此，每种这些添加剂添加到初始溶液(例如，20体积百分比EC、20体积百分比EMC和60体积百分比MB中的1.2M LiPF6)中以形成最终电解质溶液82。可以理解的是，添加剂的重量百分比值是相对于加入添加剂的初始溶液的重量来确定。可以进一步理解的是，当前讨论的电解质82的组分的添加顺序仅仅是实例并且绝非限制。在其他实施例中，在不否定本方法的效果的情况下，可以按照任意顺序添加电解质溶液82的组分。
图7A至图7C示出了许多3安·时(Ah)电池单元70(例如，具有大约3.28安·时的平均0.2C容量的电池单元)的阻抗测量，各电池单元包括具有至少一种酯溶剂和至少一种添加剂的电解质溶液82的实施例。另外，图7A至图7C所示的阻抗数据是在室温(例如，在大约20℃至25℃之间)下并且在1千赫兹(kHz)至100兆赫兹(mHz)之间的频率范围收集的。对于图7A的曲线图90所示的实施例，通过在溶解于20重量百分比EC、20重量百分比EMC和60重量百分比MB(酯溶剂)的LiPF6的1.2M溶液中加入2重量百分比VC(添加剂)来形成电解质溶液82。对于图7B的曲线图92所示的实施例，通过在溶解于20重量百分比EC、20重量百分比EMC和60重量百分比MB(酯溶剂)的LiPF6的1.2M溶液中加入2重量百分比VC(添加剂)和2重量百分比FEC(添加剂)来形成电解质溶液82。对于图7C的曲线图94所示的实施例，通过在溶解于20重量百分比EC、20重量百分比EMC和60重量百分比MB(酯溶剂)的LiPF6的1.2M溶液中加入2重量百分比VC(添加剂)和1重量百分比PS(添加剂)来形成电解质溶液82。另外，图7A的曲线图90所示的阻抗数据是使用大约30％的电池电量状态(SoC)收集的，而图7B和图7C的曲线图92和94所示的阻抗数据是使用大约50％的电池电量状态收集的。另外，曲线图90、92和94总体上示出了在大约1kHz频率下大约6兆欧(mΩ)阻抗。因此，图7A至图7C示出了利用公开的电解质溶液82提供合适的室温下的低阻抗的电池单元70的实施例。
图8A至图8C示出了许多3Ah电池单元70的速率性能(例如，电池电压随放电容量的变化)，各电池单元包括具有至少一种酯溶剂和至少一种添加剂的电解质溶液82的实施例。另外，图8A至图8C所示的数据是在低温(例如，大约-30℃)以5C放电速率并且在大约5小时保温时间之后收集的。对于图8A的曲线图104所示曲线100和102所代表的电池单元的实施例，通过在溶解于20重量百分比EC、20重量百分比EMC和60重量百分比MB(酯溶剂)的LiPF6的1.2M溶液中加入2重量百分比VC(添加剂)来形成电解质溶液82。曲线100论证了电池单元70的一个实施例的大约75％的容量保持能力以及大约0.123Ω的电压降(例如，电流(I)和电阻(R)的乘积的下降)，而曲线102论证了电池单元70的另一个实施例的大约79％的容量保持能力以及大约0.119Ω的电压降。对于图8B的曲线图110所示曲线106和108所代表的电池单元的实施例，通过在溶解于20重量百分比EC、20重量百分比EMC和60重量百分比MB(酯溶剂)的LiPF6的1.2M溶液中加入2重量百分比VC(添加剂)和2重量百分比FEC(添加剂)来形成电解质溶液82。具体地讲，曲线106论证了电池单元70的一个实施例的大约80％的容量保持能力以及大约0.138Ω的电压降，而曲线108论证了电池单元70的另一个实施例的大约78％的容量保持能力以及大约0.132Ω的电压降。对于图8C的曲线图116所示曲线112和114所代表的实施例，通过在溶解于20重量百分比EC、20重量百分比EMC和60重量百分比MB(酯溶剂)的LiPF6的1.2M溶液中加入1重量百分比VC(添加剂)、1重量百分比PS(添加剂)和0.5重量百分比LiBOB来形成电解质溶液82。具体地讲，曲线112论证了电池单元70的一个实施例的大约82％的容量保持能力以及大约0.125Ω的电压降，而曲线114论证了电池单元70的另一个实施例的大约77％的容量保持能力以及大约0.125Ω的电压降。正因为如此，图8A至图8C的曲线图104、110和116所代表的电池单元70的实施例论证了即使在低温下工作也具有良好的容量保持能力。
图9是示出了在高温(例如，60℃)工作的许多不同的电池单元的循环寿命性能(即，电池容量与循环次数)的曲线图120。曲线图120的曲线包括代表电池单元70的实施例的曲线122，该电池单元包含具有至少一种酯溶剂和至少一种添加剂的电解质溶液82。具体地讲，曲线122所代表的电池单元70的电解质溶液82是通过在溶解于20重量百分比EC、20重量百分比EMC和60重量百分比MB(酯溶剂)的LiPF6的1.2M溶液中加入1重量百分比VC(添加剂)、1重量百分比PS(添加剂)和0.5重量百分比LiBOB(添加剂)来形成的。曲线图120包括代表具有不同电解质(即，溶解于20重量百分比EC、20重量百分比EMC和60重量百分比MB的LiPF6的没有添加剂的1.2M溶液)的电池单元70的实施例的曲线124和126。另外，曲线图120还包括代表具有又一种电解质(即，通过在溶解于50重量百分比EC、50重量百分比EMC的LiPF6的没有酯溶剂的1.2M溶液中加入1重量百分比VC、1重量百分比PS和0.5重量百分比LiBOB而制备的)的电池单元70的实施例的曲线128、130和132。因此，曲线122示出了利用电解质溶液82的电池单元70的实施例，该电解质溶液具有实现出色的高温(例如，60℃)循环寿命性能的至少一种酯溶剂和至少一种添加剂。
图10是示出了在高温(例如，60℃)工作的3Ah电池单元70的实施例的循环寿命性能(即，放电性能与循环次数)的另一个曲线图140。曲线图140的各曲线代表具有电解质溶液82的实施例的电池单元70的实施例，其中电解质溶液82包括至少一种酯溶剂和至少一种添加剂。具体地讲，曲线142、144、146、148和150所代表的电池单元70的电解质溶液82可以通过在溶解于20重量百分比EC、20重量百分比EMC和60重量百分比MB(酯溶剂)的LiPF6的1.2M溶液中加入1重量百分比VC(添加剂)、1重量百分比PS(添加剂)和0.5重量百分比LiBOB(添加剂)来形成。另外，曲线152和154所代表的电池单元70的电解质溶液82可以通过在溶解于20重量百分比EC、20重量百分比EMC和60重量百分比MB(酯溶剂)的LiPF6的1.2M溶液中加入1重量百分比VC(添加剂)、1重量百分比PS(添加剂)和0.3重量百分比(添加剂)来形成。因此，曲线图140示出了利用当前公开的电解质溶液82的电池单元70的代表实施例的良好循环寿命性能(即使当在高温(例如，60℃)下工作数百次循环)。
一个或多个公开的实施例可以单独或相结合地提供在电池模块及部分电池模块的再制造中有用的一个或多个技术效果。例如，本方法的某些实施例可以允许制造具有宽工作温度范围(例如，-20℃及以下至60℃及以上的温度)的锂离子电池单元。具体地讲，本方法的电池单元的实施例包含具有一种或多种添加剂和一种或多种酯溶剂的电解质溶液。所述电解质溶液的公开实施例实现良好的低温(例如，-30℃)容量保持能力、良好的高温(例如60℃)循环寿命性能并且还维持低阻抗。正因为如此，本实施例允许生产改进的二次锂离子电池单元，这种电池单元在低温(例如，-20℃及以下)工作时可以提供更多电流，并且在高温(例如，45℃及以上)工作时还可以提供在连续循环内良好的寿命。本说明书中的技术效果和技术问题是示例性的而不是限制性的。应该指出的是，本说明书中描述的实施例可以具有其他技术效果并且可以解决其他技术问题。
尽管已经图示并描述了本发明的仅某些特征和实施例，但是本领域技术人员在物质上不脱离由权利要求书阐述的主题的新教导和优点的情况下可以进行许多修改和变化(例如，各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例的变化，参数值(例如，温度、压力等)、安装布置、使用材料、颜色、取向等的变化)。任何过程或方法步骤的顺序或次序可以根据替代实施例的变化而变化或重新排序。因此，应当理解的是，所附权利要求旨在涵盖落入本发明的真正精神范围内的所有这种修改和变化。此外，为了提供示例性实施例的简要描述，已不再描述实际实施方式的所有特征(即，目前设想的本发明的最佳实施方式未涉及的特征，或者使主张的发明成立未涉及的特征)。应当理解，在开发任何这种实际实施方式中，如同在任何工程或设计项目中，可以作出众多根据实施方式具体化的决定。这种开发努力可能很复杂且费时，但是对于从本公开受益的普通技术人员而言，这可能不过是设计、制备和制造的日常任务，而不需要过多的实验。

Claims (6)

1.一种电解质溶液，基本上由以下组分组成：
包含至少一种酯溶剂的溶剂混合物；
电解质盐；
0.5重量百分比至2.0重量百分比的用于稳定电池单元阳极处界面的环状碳酸酯类添加剂；
0.5重量百分比至2.0重量百分比的磺酸内酯类添加剂；以及
0.5重量百分比至2.0重量百分比的硼酸盐类添加剂。
2.根据权利要求1所述的电解质溶液，其中所述溶剂混合物基本上由作为所述至少一种酯溶剂的碳酸亚乙酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)和丁酸甲酯(MB)组成。
3.根据权利要求2所述的电解质溶液，其中所述溶剂混合物包含等量的碳酸亚乙酯和碳酸甲乙酯，并且包含三倍于碳酸亚乙酯或碳酸甲乙酯的丁酸甲酯。
4.根据权利要求3所述的电解质溶液，其中丁酸甲酯包含所述溶剂混合物的60体积百分比。
5.根据权利要求4所述的电解质溶液，其中所述电解质盐是浓度为1.2摩尔每升(M)的六氟磷酸锂(LiPF6)。
6.根据权利要求1所述的电解质溶液，其中：
1重量百分比的碳酸亚乙烯酯(VC)作为所述环状碳酸酯类添加剂存在；
1重量百分比的丙磺酸内酯(PS)作为所述磺酸内酯类添加剂存在；以及
0.5重量百分比的双草酸硼酸锂(LiBOB)或二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)作为所述硼酸盐类添加剂存在。
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