[发明专利]一种锂离子动力电池低温电解液及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池电解液技术领域，具体涉及一种提高锂离子动力电池低温放电性能的锂离子动力电池低温电解液及其制备方法。

 

背景技术

锂离子电池自上世纪90年代初商业化以来，得到了广泛的应用，这种电池的原理是依靠锂离子在正负极活性物质中不同的脱嵌-插入反应电位取得电势差，充放电过程中锂离子在正负极之间流动，形象地被称为摇椅电池。随着经济发展和人们生活水平提高，人们对动力电池的需求及要求也越来越高，因此成本低，安全性好，且具备高能量、高密度的动力电池将成为其发展的必然趋势。

锂离子动力电池具有电压高，能量密度大，循环性能好，自放电小，无记忆效应，工作温度范围宽等优点。一般锂离子动力电池的结构为：以叠片形式，将正极片、隔膜、负极片相间而形成的电芯（或者以卷绕形式制作电芯），然后连接外部端子，放入硬壳（例如塑壳、钢壳、铝壳）或者铝塑膜中，注入电解液。

传统锂离子动力电池，电解液溶剂一般采用碳酸乙烯酯，碳酸丙烯酯，碳酸甲乙酯，碳酸二乙酯等材料。

为了提高电池的低温性能，传统的方法是在配方上适用高导电性能的导电剂或提高导电剂的含量、适用小粒径材料及增加电芯的叠片数等来改善。在改变导电剂或提高含量，在能量密度上有影响、适用小粒径材料及增加叠片数等，对提高低温性能有限，而且提高幅度非常小，而且有反面的其他因素的影响，比如小粒径材料压实密度小，极片厚度大、叠片数增加导致电池的整体厚度超出设计尺寸。

中国专利公布号CN102324558A，公布日2012年1月18日，名称为一种低温型锂离子电池电解液，该方案公开了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，所述电解质盐为六氟磷酸锂，在电解液中浓度为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%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。其不足之处在于，锂离子动力电池低温放电性能不稳定。

 

发明内容

本发明的目的在于为了解决现有锂离子电池电解液的低温性能差的缺陷而提供一种提高锂离子动力电池低温放电性能的锂离子动力电池低温电解液。

本发明的另一个目的是为了提供一种锂离子动力电池低温电解液的制备方法。

为了实现上述目地，本发明采用以下技术方案：

一种锂离子动力电池低温电解液，其组分包括溶剂和溶质；所述溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、丙酸乙酯与添加剂的混合物。在本技术方案中，溶剂是电解液的主要成分，其性质与电解液的性能密切相关，溶剂的粘度、介电常数、熔点、沸点、电导率、闪燃点以及氧化还原电位等因素对电池的使用温度、电解质盐的溶解度、电机的电化学性能和电池的安全性能都有重要影响。丙酸乙酯的分子式为C₅H₁₂O₂，是重要的香料，可作为纤维素酯和醚类，以及各种天然或合成树脂的溶剂，可以用作食品香料，也可以用作高级日用化妆品香精；丙酸乙酯的熔点低、粘度低，在溶剂中加入丙酸乙酯可以降低电解液体系的粘度和共熔点，有利于锂离子的迁移，同时替代传统溶剂中碳酸二乙酯（DEC）与碳酸二甲酯（DMC），在保证电解液的作用的同时，提高锂离子电池电解液在低温下放电性能。

作为优选，所述溶剂中各组分的质量份数为：碳酸乙烯酯20-25份、碳酸甲乙酯35-38份、丙酸乙酯35-40份、添加剂2份。

作为优选，所述添加剂为亚硫酸乙烯酯与二氟草酸硼酸锂，其中，亚硫酸乙烯酯的质量份数为1.5-1.7份，二氟草酸硼酸锂的质量份数为0.3-0.5份。在本技术方案中，亚硫酸乙烯酯可以扩大电解液对温度的范围，二氟草酸硼酸锂具有较好的热稳定性和氧化稳定性，可以改善电解液金属溶解电位，改善电压降。

作为优选，所述溶质为1.04-1.15mol/L的六氟磷酸锂。

一种锂离子动力电池低温电解液的制备方法，所述制备方法如下：在干燥、充氮气的手套箱中，将碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、丙酸乙酯按配比均匀混合，在磁场环境中搅拌25-35min，然后在2-3min内边搅拌便加入添加剂，继续搅拌15-20min；再按配比缓慢加入溶质六氟磷酸锂，继续搅拌30-45min，得到锂离子动力电池低温电解液。在本技术方案中，在搅拌时外加磁场，可以提高溶剂体系的溶合，提高溶剂体系的共溶性，更有利于锂离子的迁移。

作为优选，搅拌碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、丙酸乙酯混合溶液时，磁感应强度为2500-3000GS。