[发明专利]一种低温型锂离子电池电解液

说明书

技术领域

本发明属于材料化学领域，涉及电池技术，具体涉及一种低温型锂离子电池电解液。

背景技术

锂离子电池具有电压高、比能量大、充放寿命长、放电性能稳定、安全、环保等特点，其应用十分广泛。锂离子电池使用能够可逆嵌入/脱出锂离子的两种不同的化合物作为正、负极活性物质，嵌锂化合物代替二次锂离子电池中的金属锂负极既保持了锂离子电池工作电压高的优点，又很大程度上解决了锂电池引起的安全问题，同时还大大提高了电池的充放电效率和循环寿命。目前商业化锂离子电池正极材料使用过度金属氧化物材料如LiCoO₂、LiMn₂O₄和LiFePO₄等，负极使用碳材料如天然石墨、中间相碳微球(MCMB)等，常用的电解质盐为六氟磷酸锂(LiPF₆)或四氟硼酸锂(LiBF₄)，电解液一般使用溶有锂盐的非水有机酯/碳酸酯。非水有机电解液起到在阴极和阳极之间移动传递锂离子的作用，并且在电池运行的电压范围内电解液应能稳定快速传递锂离子。因此，电解液对于锂离子电池非常重要，直接影响和决定锂离子电池的性能。因此电解液的研究和开发也日益受到生产和科研工作者的重视。

由于当电池尚未进入工作温度的时候，电池的化学变化会集中在极板附近，这时候如果通过大电流，会造成极板的损坏，因此锂离子电池的充放电特性在低温时会明显降低。而在一些重要工业领域对锂离子电池在低温性能、循环寿命和安全性上更是提出了更高的要求，因此如何提高锂离子电池的低温性能，一直是锂离子电池领域研究工作者持续努力的方向，而电解液的组成是决定锂离子电池的低温性能的关键因素之一。目前常规使用的锂离子电池电解液在-20℃下放电容量仅为80％左右，而-40℃是基本放不出电量，锂离子电池的应用范围受到了很大的限制。

发明内容

本发明提供了一种低温型锂离子电池电解液，其组分配比合理，且具有良好的常温、低温充放电性能、循环稳定性好、低温倍率性能良好，有效提高锂离子电池在低温时的电化学性能，克服了现有技术的不足。

一种低温型锂离子电池电解液，包括电解质盐和非水基有机溶剂；其中，所述的电解质盐为LiPF₆，在电解液中的浓度为1摩尔/升；所述的非水基有机溶剂由体积百分含量为16.7～25.0％的碳酸乙烯酯、体积百分含量为0～33.3％的碳酸丙烯酯和体积百分含量为50％-75％的碳酸甲乙酯组成。

优选的技术方案中，所述的非水基有机溶剂由体积百分含量为25％的碳酸乙烯酯和体积百分含量为75％的碳酸甲乙酯组成，此时常温和低温的充放电性能都能满足要求。

通过研究电解液的熔点、沸点、粘度和介电常数等主要参数，本发明通过优化溶剂组分与相对量的配比，选择合适的非水基有机溶剂组分和比例，保证电解液锂盐的有效溶解以及电极表面SEI膜的稳定形成，来提高电解液低温电导率，从而改善锂离子电池的低温性能。

非水基有机溶剂组分选择上，本发明以碳酸乙烯酯(EC)、或者碳酸乙烯酯(EC)和碳酸丙烯酯(PC)的组合为基体溶剂，由于碳酸乙烯酯(EC)和碳酸丙烯酯(PC)均为高介电常数、低粘度系数(碳酸乙烯酯的熔点为37℃，沸点为238℃，介电常数为89.6，粘度为1.85cp，电导率为13.1mS/cm；碳酸丙烯酯的熔点为-49℃，沸点为241℃，介电常数为64.4，粘度为2.53cp，电导率为10.6mS/cm)，因此本发明电解液在低温下仍有良好的电导率和流动性；同时非水基有机溶剂还包括一种低温共溶剂，即低粘度的碳酸甲乙酯(EMC，碳酸甲乙酯的熔点为-55℃，沸点为108℃，介电常数为2.90，粘度为0.65cp，电导率为1.1mS/cm)，由于碳酸甲乙酯(EMC)的熔点与粘度都较低，因此本发明电解液具有低熔沸点，可以有效提高电解液的低温电导率并改善锂离子电池的低温性能。因此，非水基有机溶剂组分的选择，保证了电解液具有良好的低温充放电性能及低温倍率性能。

在非水基有机溶剂各组分之间的配比选择上，本发明在不影响电池电化学性能的条件下，降低电解液中高熔点组分基体溶剂的含量，并增加低粘度、低熔点组分(称为低温共溶剂)的含量，有效提高电解液低温电导率，从而可达到改善锂离子电池低温性能的目的。