[发明专利]一种高安全型锂电池宽温度范围电解液及其制备方法和锂电池

说明书

本发明提供了一种高安全型锂电池宽温度范围电解液及其制备方法和锂电池。使用了本发明电解液的电池，高、低温性能及其它电化学性能均较佳，常温1C/1C循环2000周容量保持率达到了90.2%，1C/3C倍率放电容量保持率达到了92.41%，高温45℃ 1C/1C循环1000周容量保持率达到了84.19%。电池高温55℃搁置60天不起皮，不产气。‑10℃ 1C/1C循环300周容量保持率达到了96.26%，‑40℃放电容量比例达到了80.63%。此外，针刺、短路、过充、过放、跌落、冷热冲击、挤压等各项安全性能均合格。

技术领域

本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种高安全型锂电池宽温度范围电解液及其制备方法和锂电池。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、循环性能好、储存时间长、自放电小等优点，广泛应用于3C电子产品、便携式电子设备、电动汽车和航天航空领域，有望逐步替代传统储能装置，如铅酸电池、镍镉电池和镍氢电池。锂离子电池主要由正极材料、负极材料、电解液和隔膜组成。

对于电解液而言，目前商业化应用最广的电解液体系为六氟磷酸锂（LiPF₆）的混合碳酸酯溶液。CN102170023A公开了一种六氟磷酸锂电解液的制备方法，该电解液将干燥脱水后的卤化锂溶解在无水氟化氢中，然后密闭通入定量的五氟化磷气体，在温度为-15~60℃、压力为0~0.4MPa条件下反应，制得20%左右浓度的六氟磷酸锂溶液，经过惰性气体热气流干燥后得到六氟磷酸锂粉状结晶，再通过惰性气体热气流干燥或真空干燥得到电解液使用要求的六氟磷酸锂电解质，然后将六氟磷酸锂电解质与电池级有机碳酸酯类溶剂混合溶解，通过精密过滤，得到锂离子电池用六氟磷酸锂电解液。CN103296306A提供了一种锂离子电池电解液，包括环状碳酸酯、锂盐和添加剂，其中环状碳酸酯为聚碳酸酯，锂盐为六氟磷酸锂和过氯酸锂，添加剂为成膜添加剂和阻燃添加剂，该发明的锂离子电池电解液具有较高的可逆比容量和较佳的循环充放电性能。

现有技术中，LiPF₆的电解液体系存在两方面问题。一方面，该体系中的溶质LiPF₆会在高温时分解，对水敏感，易产生HF腐蚀集流体、破坏SEI膜和电极活性物质，使电池性能迅速衰减，难于在高温下使用；另一方面，电解液溶剂的凝固点高，低温下电导率低，低温下容量发挥小。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种高安全型锂电池宽温度范围电解液及其制备方法和锂电池。

根据本发明第一方面实施例的高安全型锂电池宽温度范围电解液，制备原料包括：锂盐、溶剂和添加剂，所述锂盐在电解液中的占比为2~18 wt%，所述锂盐为六氟磷酸锂和双氟磺酰亚胺锂的混合。

商业化电解液溶质均为LiPF₆，因为使用LiPF₆作为电解液溶质，其在非质子型有机溶剂中具有相对较好的离子电导率和电化学稳定性。另外，LiPF₆电解质能够与集流体Al形成一层保护膜，从而减弱电解液对集流体Al的腐蚀性。更为重要的是基于LiPF₆溶质的碳酸酯电解液能够在石墨负极形成一层固态电解质界面（SEI）膜，从而隔绝电解液与石墨负极之间的不良反应，促进锂电池具有好的长循环性能。然而，LiPF₆高温性能差问题不容忽视，本发明的实施方式中采用能部分替代LiPF₆的LiFSI来提高锂电池的高温性能，LiFSI具有离子电导率高和对水敏感度低的优点，分解温度大于200℃，热稳定性高，同时低温性能也较好。

根据本发明的一些实施方式，所述锂盐中，六氟磷酸锂和双氟磺酰亚胺锂的质量比为1~10:1，优选5:2。

根据本发明的一些实施方式，所述溶剂为碳酸甲乙酯、丙酸乙酯和碳酸乙烯酯的混合。

根据本发明的一些实施方式，所述溶剂中，碳酸甲乙酯、丙酸乙酯和碳酸乙烯酯的质量比为1~10:1~10:1~5，优选5:2:3。