CN113921913A - 一种锂离子电池的电解液 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池的电解液，电解液包括有机溶剂以及锂盐，其中，有机溶剂包括碳酸乙烯酯、丙酸丙酯；此外，有机溶剂还包括碳酸二乙酯或者丙酸乙酯。本发明通过在电解液的有机溶剂中加入丙酸丙酯，使得低温下电解液的黏度和共熔点降低，提高电解液的电导率，较大改善锂离子电池的低温性能；此外丙酸乙酯能够提高电解液的介电常数以及降低电解液的黏度，使得锂盐的解离更加完全和降低锂离子的迁移阻力，进一步改善锂离子电池的低温性；综上，本发明的电解液能够较大改善锂离子电池在低温环境下的放电性能。

Description

一种锂离子电池的电解液
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，具体为一种锂离子电池的电解液。
背景技术
锂离子电池具有高电压、高能量密度、长循环寿命而得到广泛的应用。但在军事、航空、航天、寒带抢险等特殊领域下，一般的锂离子电池在寒冷环境下的低温放电性能会大幅降低。申请人通过对锂离子电池的不断深入研究发现：电池的电化学性能很大程度上由电解液溶剂体系组成进行决定，如：高低温放电性能，高温储存性能、循环寿命性能等。
现有的锂离子电池的电解液通常包括有碳酸乙烯酯，其起到参与SEI膜的形成及作为锂盐的溶剂的重要作用，但因其熔点为36℃，在低温下的溶解度会降低，使得电解液的黏度上升，离子电导率降低，对电池的低温性能产生较大的不良影响，在-30℃的超低温环境下采用上述现有电解液的锂离子电池的放电容量保持率不到20％，放电性能大幅降低。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种锂离子电池的电解液，能够解决现有锂离子电池在低温环境下放电性能大幅降低的技术问题。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种锂离子电池的电解液，电解液包括有机溶剂以及锂盐，其中，有机溶剂包括碳酸乙烯酯、丙酸丙酯；此外，有机溶剂还包括碳酸二乙酯或者丙酸乙酯。
优选的，锂盐为六氟磷酸锂。
优选的，有机溶剂的浓度为99.9％。
优选的，锂盐的浓度为99.9％。
优选的，电解液还包括添加剂，添加剂的含量为5％。
优选的，添加剂为氟代碳酸乙烯酯。
优选的，锂离子电池为软包锂离子电池。
优选的，软包锂离子电池的正极材料包括含量为96％的钴酸锂、2％的炭黑以及2％的粘结剂；软包锂离子电池的正极集流体为铝箔。
优选的，软包锂离子电池的负极材料包括含量为95.5％的普通二次造粒人造石墨、2％的炭黑以及2.5％的粘结剂；软包锂离子电池的负极集流体为铜箔。
优选的，软包锂离子电池的隔膜为PE聚合物膜+单面涂覆陶瓷。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种锂离子电池的电解液，具备以下有益效果：通过在电解液的有机溶剂中加入丙酸丙酯，使得低温下电解液的黏度和共熔点降低，提高电解液的电导率，较大改善锂离子电池的低温性能；此外丙酸乙酯能够提高电解液的介电常数以及降低电解液的黏度，使得锂盐的解离更加完全和降低锂离子的迁移阻力，进一步改善锂离子电池的低温性；综上，本发明的电解液能够较大改善锂离子电池在低温环境下的放电性能。
具体实施方式
下面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。
本发明提供一种锂离子电池的电解液，该电解液包括有机溶剂以及锂盐。其中，有机溶剂包括碳酸乙烯酯、丙酸丙酯；此外，有机溶剂还包括碳酸二乙酯或者丙酸乙酯。
碳酸乙烯酯(EC)是电解液中的重要组分，其起到参与锂离子电池SEI膜的形成及作为锂盐的溶剂的重要作用。丙酸丙酯(PP)是一种低熔点和低黏度的无色液体，其熔点为-76℃。碳酸二乙酯(DEC)的熔点为-43℃，不溶于水，可混溶于醇、酮、酯等多数有机溶剂，主要用作溶剂及用于有机合成。丙酸乙酯(EP)的熔点为-73.9℃，不溶于水，混溶于乙醇、乙醚、丙二醇等多数有机溶剂。
锂盐优选为六氟磷酸锂(LiPF6)，为白色结晶或粉末，易溶于水、还溶于低浓度甲醇、乙醇、丙酮、碳酸酯类等有机溶剂。锂盐也可为LiBF4、LiClO4、LiAsF6或者LiCF3SO3等物质。
优选的，有机溶剂的浓度为99.9％；锂盐的浓度为99.9％；即有机溶剂以及锂盐两者的纯度均达99.9％。
此外，电解液还包括添加剂，添加剂在电解液中的含量为5％。优选的，添加剂为氟代碳酸乙烯酯(FEC)，能够使所形成的锂离子电池SEI膜的性能更佳，形成紧密结构层但又不增加阻抗，能阻止电解液进一步分解，提高电解液的低温性能。
具体的，锂离子电池为软包锂离子电池，软包锂离子电池也称软包锂离子电池，指使用铝塑膜作为电芯的外包装材料。锂离子电池的隔膜具体可为PE聚合物膜+单面涂覆陶瓷。
软包锂离子电池的正极材料包括含量为96％的钴酸锂、2％的炭黑以及2％的粘结剂，其中钴酸锂作为正极活性物质，粘结剂具体可为聚偏氟乙烯(PVDF)；软包锂离子电池的正极集流体为铝箔。具体的，以N-甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂，将上述正极材料的混合物搅拌均匀，涂在铝箔上。
软包锂离子电池的负极材料包括含量为95.5％的普通二次造粒人造石墨、2％的炭黑以及2.5％的粘结剂，其中普通二次造粒人造石墨作为负极活性物质；软包锂离子电池的负极集流体为铜箔。具体的，以去离子水为溶剂，将上述负极材料的混合物搅拌均匀，涂在铜箔上。
下面以A组别、B组别、C组别三种不同组分的电解液对锂离子电池在低温环境下的放电性能进行测试比较。其中A组别的电解液包括：EC+DEC+LiPF6，以及添加剂；B组别的电解液包括：EC+DEC+PP+LiPF6，以及添加剂；C组别的电解液包括：EC+EP+PP+LiPF6，以及添加剂。相应的测试结果如下表所示：
表-30℃下低温0.2C 3.0V放电容量保持率
Figure BDA0003337026670000041
从上表可以分析得到：(1)A组别的碳酸乙烯酯(EC)起到参与SEI膜的形成及作为锂盐的溶剂的重要作用，但因其熔点为36℃，在低温下的溶解度会降低，使得电解液的黏度上升，离子电导率降低，对电池的低温性能产生较大的不良影响，在低温环境下放电容量保持率不到20％。(2)B组别的电解液在A组别的基础上通过加入低熔点和低黏度的组分丙酸丙酯(PP)，使得低温下电解液的黏度和共熔点降低，提高电解液的电导率，使得电池的低温性能较大改善，在低温环境下放电容量保持率提高至43-44％。(3)C组别的电解液在B组别的基础上将碳酸二乙酯(DEC)替换为丙酸乙酯(EP)，介电常数有了一定提高以及进一步降低电解液的黏度，使得锂盐的解离更加完全和锂离子的迁移阻力降低，电池的低温性能得到进一步改善，在低温环境下放电容量保持率进一步提高至69％。
可以理解，本发明一种锂离子电池的电解液具备以下有益效果：通过电解液的有机溶剂中加入丙酸丙酯，使得低温下电解液的黏度和共熔点降低，提高电解液的电导率，较大改善锂离子电池的低温性能；此外丙酸乙酯能够提高电解液的介电常数以及降低电解液的黏度，使得锂盐的解离更加完全和降低锂离子的迁移阻力，进一步改善锂离子电池的低温性；综上，本发明的电解液能够较大改善锂离子电池在低温环境下的放电性能。
需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种锂离子电池的电解液，其特征在于，所述电解液包括有机溶剂以及锂盐，其中，所述有机溶剂包括碳酸乙烯酯、丙酸丙酯；此外，所述有机溶剂还包括碳酸二乙酯或者丙酸乙酯。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池的电解液，其特征在于：所述锂盐为六氟磷酸锂。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池的电解液，其特征在于：所述有机溶剂的浓度为99.9％。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池的电解液，其特征在于：所述锂盐的浓度为99.9％。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池的电解液，其特征在于：所述电解液还包括添加剂，所述添加剂的含量为5％。
6.根据权利要求5所述的锂离子电池的电解液，其特征在于：所述添加剂为氟代碳酸乙烯酯。
7.根据权利要求1所述的锂离子电池的电解液，其特征在于：所述锂离子电池为软包锂离子电池。
8.根据权利要7所述的锂离子电池的电解液，其特征在于：所述软包锂离子电池的正极材料包括含量为96％的钴酸锂、2％的炭黑以及2％的粘结剂；所述软包锂离子电池的正极集流体为铝箔。
9.根据权利要求8所述的锂离子电池的电解液，其特征在于：所述软包锂离子电池的负极材料包括含量为95.5％的普通二次造粒人造石墨、2％的炭黑以及2.5％的粘结剂；所述软包锂离子电池的负极集流体为铜箔。
10.根据权利要求9所述的锂离子电池的电解液，其特征在于：所述软包锂离子电池的隔膜为PE聚合物膜+单面涂覆陶瓷。
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