CN110233291A

CN110233291A - 一种平衡高低温的12v启停宽温带锂电池电解液

Info

Publication number: CN110233291A
Application number: CN201910471109.6A
Authority: CN
Inventors: 朱彩兵; 肖小艳; 刘勇; 徐圆圆; 廖崇静; 张宝华; 陈念
Original assignee: Camel Group New Energy Battery Co Ltd
Current assignee: Camel Group New Energy Battery Co Ltd
Priority date: 2019-05-31
Filing date: 2019-05-31
Publication date: 2019-09-13
Anticipated expiration: 2039-05-31
Also published as: CN110233291B

Abstract

本发明公开了一种平衡高低温的12V启停宽温带锂电池电解液。属于锂离子电池电解液技术领域。它主要是解决现有技术中，用各种添加剂来抑制锂电池电解液的劣化会使电池内部电阻上升显著和低温性能降低，在实现电池高低温性能均衡上效果的问题。它的主要技术特征是：锂盐为六氟磷酸锂和双氟磺酰亚胺锂，锂盐总重量占比15%~17%；有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二甲酯的混合溶液，溶剂总重量占比81%~84%；添加剂为双氟草酸磷酸锂、二氟二草酸磷酸锂和碳酸亚乙烯酯，含量按重量百分比计分别为0.2%~1%、0.2%~1%和0.5%~1.5%。本发明的电解液可以在低温下发挥良好的脉冲放电性能、在45℃及以上的高温下发挥良好的循环特性。此外，此种电解液在高温循环后仍保持了优良的低温特性。

Description

一种平衡高低温的12V启停宽温带锂电池电解液

技术领域

本发明属于锂离子电池电解液技术领域，具体涉及地是一种平衡高低温的12V启停宽温带锂离子电池电解液。

背景技术

迫于环境压力，世界各国都制定了未来几年汽车尾气排放要求，逐步降低每公里的CO₂排放量，主机厂为了满足汽车尾气排放要求，只能从改善内燃机和开发HEV（启停）、PHEV、BEV等方面降低燃油值。新能源汽车受到社会各界广泛关注，中国的双积分政策更是刺激新能源汽车发展的强大动力，但很长一段时间内燃油车依然占据市场主导地位，那么发展12V启停和48V启停才是降低各大车企平均燃油的主要方向。

目前48V启停系统已经在很多车型上搭载使用，但由于车上大多电气元件采用的是12V，该系统依然需要DC转换和搭载一个12V电池，短期内12V电池无法被取代掉，因此成本较高。12V启停锂离子电池可以直接取代铅酸启停，电池得到减重，同时低温功率更好，并降低了发动机低速运转燃油值，这就要求电池在寒冷时期具有很高的输出特性，因此提高电池的低温特性尤为重要，即使电池在高温环境下进行充放电时也要求维持该特性（电池内部电阻的增长少，可保持优异的低温特性）。

截至目前，改善电池高温循环特性的手段，主要是对正极和负极的活性物质、隔膜、电解液等电池构成要素的优化，其中对电解液相关技术的研究，提出了用各种添加剂来抑制由于电解液在正负极材料表面的分解而导致的劣化，这种优化虽然提升了电池的高温性能，但电池内部电阻上升显著，降低了电池的低温性能，在实现电池高低温性能均衡上尚未达到令人满意的效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种平衡高低温的12V启停宽温带锂电池电解液，以解决上述背景技术中提出的现有技术中，用各种添加剂来抑制锂电池电解液的劣化会使电池内部电阻上升显著，电池的低温性能降低，在实现电池高低温性能均衡上效果的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种平衡高低温的12V启停宽温带锂电池电解液，其特征在于，包括：锂盐，其为六氟磷酸锂和双氟磺酰亚胺锂；有机溶剂，其为碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二甲酯的混合溶液；添加剂，其为双氟草酸磷酸锂、二氟二草酸磷酸锂和碳酸亚乙烯酯。

上述方案中，所述添加剂双氟草酸磷酸锂含量按重量百分比计在 0.2%~1%、二氟二草酸磷酸锂含量按重量百分比计在0.2%~1%，碳酸亚乙烯酯为0.5%~1.5%。

上述方案中，所述各组分按重量百分比计：锂盐为15%～17%，有机溶剂为81%～84%，添加剂为0.9%～3.5%。

上述方案中，所述六氟磷酸锂:双氟磺酰亚胺锂=1:1.1-1.5，碳酸乙烯酯:碳酸甲乙酯:碳酸二甲酯=1:1.4-1.6:1.5-1.7，双氟草酸磷酸锂:二氟二草酸磷酸锂:碳酸亚乙烯酯=1:2.2-2.4:3.2-3.4。

上述方案中，各组分按重量百分比计为：六氟磷酸锂为7.2%、双氟磺酰亚胺锂9.1%、碳酸乙烯酯19.5%、碳酸甲乙酯30.2%、碳酸二甲酯32.0%、双氟草酸磷酸锂 0.3%、二氟二草酸磷酸锂0.7%，碳酸亚乙烯酯 1%。

本发明的电解液可以通过双氟草酸磷酸锂LiDFP及二氟二草酸磷酸锂LiDFOP添加剂在化成时形成低阻抗的SEI膜达到低温性能，同时加入一定量的碳酸亚乙烯酯VC来改善高温性能，三种添加剂按照一定量搭配后满足了12V启停电池宽温度要求：在低温下发挥良好的脉冲放电性能、在45℃及以上的高温下发挥良好的循环特性。

附图说明

图1为本发明的实施例1与各对比例的-29℃ 50%SOC 4.5S三次放电曲线。

图2为本发明的实施例1与各对比例的-29℃ 50%SOC 10C 30S放电曲线。

图3为本发明的实施例1与各对比例的-18℃ 50%SOC 15C 30S放电曲线。

图4为本发明的实施例1与各对比例的45℃ 1C循环曲线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种平衡高低温的12V启停宽温带锂电池电解液，锂电池电解液中各组分按重量百分比计为：六氟磷酸锂7.2%、双氟磺酰亚胺锂9.1%、碳酸乙烯酯19.5%、碳酸甲乙酯30.2%、碳酸二甲酯32.0%、双氟草酸磷酸锂 0.3%、二氟二草酸磷酸锂0.7%，碳酸亚乙烯酯 1%。

为了测试利用实施例1中的电解液制作的锂电池的性能，选取另外三组组分含量不同的电解液分别制作三组锂电池，将这四组锂电池在不同条件下进行性能测试。选取的另外三组对比电解液的组分含量分别为。

对比例1：各组分按重量百分比计为：六氟磷酸锂7.4%、双氟磺酰亚胺锂9.1%。碳酸乙烯酯21.6%、碳酸甲乙酯30.1%、碳酸二甲酯30.8%。双氟草酸磷酸锂 0.3%和二氟二草酸磷酸锂 0.7%。

对比例2：各组分按重量百分比计为：六氟磷酸锂7.3%、双氟磺酰亚胺锂9.1%。碳酸乙烯酯19.9%、碳酸甲乙酯30.5%、碳酸二甲酯32.2%，碳酸亚乙烯酯1%。

对比例3：各组分按重量百分比计为：六氟磷酸锂7.4%、双氟磺酰亚胺锂9.1%。碳酸乙烯酯20.5%、碳酸甲乙酯30.5%、碳酸二甲酯32.5%。

本发明的实施例1中的电解液与上述三组对比例中的电解液均采用叠片软包装电池工艺进行制作。待测试的锂电池的制作方法是首先将正极极片和负极极片与湿法裸隔膜进行叠片、封装，然后在70℃下真空烘烤至水分含量＜300ppm，在烘烤合格后电池中分别注入实施例1和各对比例中的电解液，并经过室温陈化、高温热压化成、高温老化和抽真空二封得到成品电池，对上述成品电池进行DCR测试、低温冷启动测试和高温循环测试。

1、室温DCR测试

将实施例1与各对比例制备的成品电池在常温下以1C电流调整至50%SOC，搁置60分钟后，以10C恒流放电10秒钟，搁置60分钟后，再以10C恒流充电10秒钟，记录电池以10C电流充放电前后的电压，并根据电压和电流计算电池的充放电DCR，测试结果见表1。

2、-29℃ 50%SOC 4.5S三次放电测试

将实施例1与各对比例制备的成品电池在常温下以1C电流调整至50%SOC，电池在-29℃下搁置16小时后，以500W恒功率放电0.5秒后再以333W恒功率放电4秒钟，静置10秒钟，然后再重复此放电操作2次，记录电池在放电过程中的电压，测试结果见图1。

3、-29℃ 50%SOC 10C 30S放电测试

将实施例1与各对比例制备的成品电池在常温下以1C电流调整至50%SOC，将电池在-29℃下搁置16小时后，以10C恒流放电30秒，静置10分钟，再以10C恒流放电30秒，静置30秒，再以10C恒流放电30秒，搁置1小时后，结束测试，记录电池在放电过程中的电压，测试结果见图2。本实施例1中的电解液制备的电池在-29℃ 50%SOC下以10C电流进行30秒放电，重复三次，仍具有优异的低温放电性能。

4、-18℃ 50%SOC 15C 30S冷启动测试

将实施例1与各对比例制备的成品电池在常温下以1C电流调整至50%SOC，将电池在-18℃下搁置16小时后，以15C恒流放电30秒，静置10分钟，再以15C恒流放电30秒，静置30秒，再以15C恒流放电30秒，搁置1小时后，结束测试，记录电池在放电过程中的电压，测试结果见图3。本实施例1中的电解液制备的电池在-18℃ 50%SOC下以15C电流进行30秒放电，重复三次，仍具有优异的低温放电性能。

5、45℃ 1C充放电循环测试

将实施例1与各对比例制备的成品电池在45℃下进行1C充放电循环测试，充放电电压范围为2.5V - 3.65V，测试结果见图4。对比测试结果发现实施例1中电解液制备的电池具有良好的高温循环性能。

从表1及图1-4的测试结果可看出，本发明中采用实施例1中电解液制备的电池的低温放电性能及高温循环性能均明显高于采用各对比例电解液制备的电池的性能。

本发明中采用的六氟磷酸锂及双氟磺酰亚胺锂混合锂盐能有效提高电池的低温放电性能，在-29℃下，仍可实现大倍率电流放电。本发明中采用的碳酸亚乙烯酯有机溶剂添加剂，能有效提高电池的高温性能。本发明中采用的双氟草酸磷酸锂和二氟二草酸磷酸锂添加剂，有利于负极表面SEI膜的形成，避免由碳酸乙烯酯对SEI膜的破坏而引起的高温循环胀气、循环性能差等影响。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种平衡高低温的12V启停宽温带锂电池电解液，其特征在于，包括：

锂盐，其为六氟磷酸锂和双氟磺酰亚胺锂；

有机溶剂，其为碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二甲酯的混合溶液；

添加剂，其为双氟草酸磷酸锂、二氟二草酸磷酸锂和碳酸亚乙烯酯。

2.根据权利要求1所述的一种平衡高低温的12V启停宽温带锂电池电解液，其特征在于，所述添加剂双氟草酸磷酸锂含量按重量百分比计在 0.2%~1%、二氟二草酸磷酸锂含量按重量百分比计在0.2%~1%，碳酸亚乙烯酯为0.5%~1.5%。

3.根据权利要求1或2所述的一种平衡高低温的12V启停宽温带锂电池电解液，其特征在于，所述各组分按重量百分比计：锂盐为15%～16%，有机溶剂为81%～84%，添加剂为0.9%～3.5%。

4.根据权利要求1或2所述的一种平衡高低温的12V启停宽温带锂电池电解液，其特征在于，所述六氟磷酸锂:双氟磺酰亚胺锂=1:1.1-1.4，碳酸乙烯酯:碳酸甲乙酯:碳酸二甲酯=1:1.4-1.6:1.5-1.7，双氟草酸磷酸锂:二氟二草酸磷酸锂:碳酸亚乙烯酯=1:2.2-2.4:3.2-3.4。

5.根据权利要求1所述的一种平衡高低温的12V启停宽温带锂电池电解液，其特征在于，所述各组分按重量百分比计：六氟磷酸锂为7.2%、双氟磺酰亚胺锂9.1%、碳酸乙烯酯19.5%、碳酸甲乙酯30.2%、碳酸二甲酯32.0%、双氟草酸磷酸锂 0.3%、二氟二草酸磷酸锂0.7%，碳酸亚乙烯酯 1%。