CN108270033A - 低温锂离子电池电解液及使用该电解液的锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了低温锂离子电池电解液，其包括非水有机溶剂、锂盐、功能助剂一和功能助剂二，所述的功能助剂一为氟代碳酸乙烯酯，功能助剂二为丙烯基‑1,3‑丙磺酸内酯。本发明同时公开了一种锂离子电池，其包括正极片、负极片、锂电池隔膜及上述的低温锂离子电池电解液。本发明为一种低温条件下具有良好循环性和倍率性的低温锂离子电池电解液及使用该电解液的锂离子电池。

Description

低温锂离子电池电解液及使用该电解液的锂离子电池
技术领域
本发明涉及电池及电解液技术领域，具体涉及低温锂离子电池电解液及使用该电解液的锂离子电池。
背景技术
与传统的铅酸电池、镍镉电池相比，锂离子电池具有高比功率、高比能量、无记忆效应、长循环寿命等特点，使锂离子电池自20世纪90年代问世以来受到人们广泛关注。目前，锂离子电池已经占领了手机、数码相机、笔记本电脑和便携摄像机等便携式电子产品的大部分能源市场，并且开始进入电动自行车和轿车市场，逐渐受到电动车领域的关注。
锂离子电池内部的电解液对电池的运行性能产生较大的影响。研究表明，在-20℃时锂离子电池放电容量只有室温时的31.5%左右。传统锂离子电池工作温度在-10~50℃之间，但受地域、气候、特殊使用要求的制约，要求电池能够在-40℃下正常工作。但是现有的锂离子电池电解液在低温下的运行效率低下，具体的，低温下电解液黏度增大，甚至部分凝固，导致离子电导率低；低温下锂离子在活性物质内部扩散系数降低，电荷转移阻抗(Rct)显著增大；低温下电解液与负极、隔膜之间相容性变差，难以满足现有技术对锂离子电池的使用要求。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供了一种低温条件下具有良好循环性和倍率性的低温锂离子电池电解液及使用该电解液的锂离子电池。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：低温锂离子电池电解液，其包括非水有机溶剂、锂盐、功能助剂一和功能助剂二，所述的功能助剂一为氟代碳酸乙烯酯，功能助剂二为丙烯基-1,3-丙磺酸内酯。
进一步地，所述的锂盐为二氟草酸硼酸锂（LiODFB）和二草酸硼酸锂(LiBOB)，其摩尔比为25~40:75~60。
进一步地，所述的非水有机溶剂为碳酸丙烯酯、亚硫酸二甲酯和亚硫酸丙烯酯的混合，其质量份比为1:2:1。
进一步地，所述的氟代碳酸乙烯酯在电解液中的质量百分比为0.5%~1.5%。
进一步地，所述的丙烯基-1,3-丙磺酸内酯在电解液中的质量百分比为1~3%。
本发明另一个目的是提供了一种锂离子电池，其包括正极片、负极片、锂电池隔膜及上述的低温锂离子电池电解液。
与现有技术相比，本发明具备的有益效果为：本发明中，功能助剂氟代碳酸乙烯酯的添加有助于提高电池电解液的的放电容量和比率，使电解液具有更优异的低温性能，而且添加氟代碳酸乙烯酯有助于降低电解液界面阻抗，尤其是在低温条件下的界面阻抗；功能助剂丙烯基-1,3-丙磺酸内酯为一种成膜助剂，可以产生有效的阳极SEI膜，成膜性能良好；所述锂盐易溶于所述的非水有机溶剂，功能助剂、锂盐和耐低温性良好的非水有机溶剂有助于提高电池电解液的电导率，提高电池在低温下的放电性能，改善电池低温电压平台现象，具有很好的电化学稳定性；含有本发明低温锂离子电池电解液的锂离子电池在低温下的循环性能、倍率性能等使用性能均得到有效提高，较有效的拓宽了电池的应用范围。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此，同时本发明的保护范围也不限于下述的实施例。
实施例1：低温锂离子电池电解液，包括非水有机溶剂、锂盐、功能助剂一和功能助剂二，所述的功能助剂一为氟代碳酸乙烯酯，功能助剂二为丙烯基-1,3-丙磺酸内酯。
进一步地，所述的锂盐为二氟草酸硼酸锂（LiODFB）和二草酸硼酸锂(LiBOB)，其摩尔比为30:70，所述的锂盐在电解液中的质量百分比为8~14%，本实施例中所述的锂盐在电解液中的质量百分比为11%。
进一步地，所述的非水有机溶剂为碳酸丙烯酯、亚硫酸二甲酯和亚硫酸丙烯酯的混合，其质量份比为1:2:1。
进一步地，所述的氟代碳酸乙烯酯在电解液中的质量百分比为1%。
进一步地，所述的丙烯基-1,3-丙磺酸内酯在电解液中的质量百分比为2%。
所述的低温锂离子电池电解液的制备方法，包括以下步骤：
（1）将碳酸丙烯酯、亚硫酸二甲酯和亚硫酸丙烯酯充分混合均匀，得到预混液一；
（2）将锂盐充分溶解于步骤（1）所得到的预混液一中，得到预混液二；
（3）将氟代碳酸乙烯酯和丙烯基-1,3-丙磺酸内酯加入步骤（2）所得到的预混液二中，充分混合均匀，得到本发明的低温锂离子电池电解液；上述步骤全程在充满惰性气体、干燥的环境中操作。
下述的实施例中同样采用本实施例中所述的低温锂离子电池电解液的制备方法进行电解液的制备。
实施例2：低温锂离子电池电解液，包括非水有机溶剂、锂盐、功能助剂一和功能助剂二，所述的功能助剂一为氟代碳酸乙烯酯，功能助剂二为丙烯基-1,3-丙磺酸内酯。
进一步地，所述的锂盐为二氟草酸硼酸锂（LiODFB）和二草酸硼酸锂(LiBOB)，其摩尔比为25:75，所述的锂盐在电解液中的质量百分比为8%。
进一步地，所述的非水有机溶剂为碳酸丙烯酯、亚硫酸二甲酯和亚硫酸丙烯酯的混合，其质量份比为1:2:1。
进一步地，所述的氟代碳酸乙烯酯在电解液中的质量百分比为0.5%。
进一步地，所述的丙烯基-1,3-丙磺酸内酯在电解液中的质量百分比为1%。
实施例3：低温锂离子电池电解液，包括非水有机溶剂、锂盐、功能助剂一和功能助剂二，所述的功能助剂一为氟代碳酸乙烯酯，功能助剂二为丙烯基-1,3-丙磺酸内酯。
进一步地，所述的锂盐为二氟草酸硼酸锂（LiODFB）和二草酸硼酸锂(LiBOB)，其摩尔比为40:60，所述的锂盐在电解液中的质量百分比为14%。
进一步地，所述的非水有机溶剂为碳酸丙烯酯、亚硫酸二甲酯和亚硫酸丙烯酯的混合，其质量份比为1:2:1。
进一步地，所述的氟代碳酸乙烯酯在电解液中的质量百分比为1.5%。
进一步地，所述的丙烯基-1,3-丙磺酸内酯在电解液中的质量百分比为3%。
实施例4：低温锂离子电池电解液，包括非水有机溶剂、锂盐、功能助剂一和功能助剂二，所述的功能助剂一为氟代碳酸乙烯酯，功能助剂二为丙烯基-1,3-丙磺酸内酯。
进一步地，所述的锂盐为二氟草酸硼酸锂（LiODFB）和二草酸硼酸锂(LiBOB)，其摩尔比为35:65，所述的锂盐在电解液中的质量百分比为10%。
进一步地，所述的非水有机溶剂为碳酸丙烯酯、亚硫酸二甲酯和亚硫酸丙烯酯的混合，其质量份比为1:2:1。
进一步地，所述的氟代碳酸乙烯酯在电解液中的质量百分比为0.8%。
进一步地，所述的丙烯基-1,3-丙磺酸内酯在电解液中的质量百分比为1.5%。
实施例5：低温锂离子电池电解液，包括非水有机溶剂、锂盐、功能助剂一和功能助剂二，所述的功能助剂一为氟代碳酸乙烯酯，功能助剂二为丙烯基-1,3-丙磺酸内酯。
进一步地，所述的锂盐为二氟草酸硼酸锂（LiODFB）和二草酸硼酸锂(LiBOB)，其摩尔比为30:70，所述的锂盐在电解液中的质量百分比为12%。
进一步地，所述的非水有机溶剂为碳酸丙烯酯、亚硫酸二甲酯和亚硫酸丙烯酯的混合，其质量份比为1:2:1。
进一步地，所述的氟代碳酸乙烯酯在电解液中的质量百分比为1.2%。
进一步地，所述的丙烯基-1,3-丙磺酸内酯在电解液中的质量百分比为2.5%。
本发明同时提供了一种锂离子电池，其包括正极片、负极片、锂电池隔膜及上述实施例1-5所得的的低温锂离子电池电解液。将正极片、负极片和微孔聚乙烯薄膜为锂电池隔膜以卷绕方式制成方形裸电芯，电池外包装采用铝塑复合膜，将裸电芯置入外包装后灌注上述制备的电解液，经化成等工艺后制成容量为1500mAh的软包装锂离子电池。
对上述实施例1-5得到的电解液制得的电池在常温下（25℃），通过锂离子二次电池测试柜以0.5C/0.2C 充放电，测得25℃下首次效率为85%~87%；使电池在-40℃搁置6h和-20℃搁置6h后进行0.5C/0.2C充放电测试，测得-20℃下放电效率达到82%~85%，-40℃下放电效率达到78%~82%。

Claims (6)

1.低温锂离子电池电解液，其特征在于：包括非水有机溶剂、锂盐、功能助剂一和功能助剂二，所述的功能助剂一为氟代碳酸乙烯酯，功能助剂二为丙烯基-1,3-丙磺酸内酯。
2.根据权利要求1所述的低温锂离子电池电解液，其特征在于：所述的锂盐为二氟草酸硼酸锂（LiODFB）和二草酸硼酸锂(LiBOB)，其摩尔比为25~40:75~60。
3.根据权利要求1所述的低温锂离子电池电解液，其特征在于：所述的非水有机溶剂为碳酸丙烯酯、亚硫酸二甲酯和亚硫酸丙烯酯的混合，其质量份比为1:2:1。
4.根据权利要求1所述的低温锂离子电池电解液，其特征在于：所述的氟代碳酸乙烯酯在电解液中的质量百分比为0.5~1.5%。
5.根据权利要求1所述的低温锂离子电池电解液，其特征在于：所述的丙烯基-1,3-丙磺酸内酯在电解液中的质量百分比为1~3%。
6.一种锂离子电池，其特征在于：包括正极片、负极片、锂电池隔膜及权利要求1-5任一项所述的低温锂离子电池电解液。
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