[发明专利]一种兼顾低温快充性能与高温性能的电解液及其配制方法与应用

说明书

本发明提供了一种兼顾低温快充性能与高温性能的电解液及其配制方法与应用，以重量份数计，所述电解液包括12‑18份的锂盐、70‑87份的有机溶剂、0.5‑2份的成膜添加剂与0.1‑5份的锂盐添加剂；所述配制方法包括以下步骤：(1)混合有机溶剂与添加剂，搅拌均匀后制得前驱体溶液；所述添加剂包括成膜添加剂与锂盐添加剂；(2)混合锂盐与步骤(1)所得前驱体溶液，搅拌均匀后制得电解液。本发明提供的电解液实现了电池低温快充性能的同时兼顾了高温性能，避免了低温快充时发生析锂现象，提升了电池的安全性能与使用寿命。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种电解液，尤其涉及一种兼顾低温快充性能与高温性能的电解液及其配制方法与应用。

背景技术

随着人们对清洁高效能源的需求，可充电锂离子电池因其能量密度高、无记忆效应和循环性能优异等特点，得到了广泛的应用，包括消费类智能穿戴、新能源汽车和储能系统等领域。传统锂离子电池充电性能受动力学特性影响，特别是锂离子电池在低温下的快充性能(如充电倍率≥2C)较常温出现明显衰减，主要为以下三方面因素造成：①低温下电解液的粘度增大，电导率降低；②电解液/电极界面膜(SEI膜)阻抗和电荷转移阻抗增大；③锂离子在活性物质本体(体相)中的迁移速率明显降低。由于低温下石墨负极动力学特性出现衰减，因此电池在快速充电过程中化学极化现象明显加剧，特别是当充电倍率≥2C时，易导致负极表面析出金属锂单质，造成电池的使用寿命和安全性能下降，影响客户体验。

为了让锂离子电池在低温下(如低于0℃)实现充电倍率≥2C的快充功能，减少或避免析锂现象，一般采取如下措施：①使用小粒径负极材料，或对传统石墨负极表面进行掺杂、改性处理，但这往往会造成材料成本的明显上升，同时造成高温存储性能下降；②采用阶梯充电的充电方法，由于该方法适当降低了电池在高荷电状态下的充电电流，从而延长了快充时间。

CN 105552440A公开了一种改善锂电池极片界面的锂离子电池电解液，所述电解液由非水性有机溶剂、锂盐及添加剂组成，所述非水性有机溶剂包括羧酸酯、卤代碳酸酯、芳香烃及其卤代芳烃中的至少一种，所述添加剂包括锂盐添加剂、氟代碳酸酯、氟代醚、磷腈及其衍生物中的至少一种。与现有技术相比，所述发明将溶剂和添加剂联合使用以产生协同作用，使得电解液在低温、快速充放电环境下负极界面良好，几乎不析锂，从而同时满足了低温充放电、快速充放和负极极片高压实密度的要求，并降低了电池充电析锂所产生的安全隐患。所述发明虽然改善了低温下快速充放电负极界面，然而关于低温充电的描述较为笼统，且未说明充电的倍率大小，所述组份比例仍有较大的优化空间。

CN 107195966A公开了一种高/低温性能兼顾的高电压三元正极材料体系锂离子电池电解液，所述电解液包括非水性有机溶剂、锂盐、成膜剂和添加剂；所述锂离子电池电解液中同时加入氟苯腈、氟苯、草酸磷酸锂盐、氟代磷酸锂盐四种添加剂，上述添加剂的同时使用会产生协同效应，使得三元正极材料电池在高电压(4.3-4.5V)条件下具有优异的循环性能、高温储存性能、低温放电性能和安全性能等优点，很好解决了现有技术中高电压三元电池电解液循环性能、高温性能和低温性能无法同时兼顾的问题。然而所述发明无法实现电池的低温快充性能，且并未提供如何避免低温快充析锂现象的技术方案。

CN 109473713A公开了一种兼顾高低温性能的高电压电解液及使用该电解液的锂离子电池，所述电解液包括非水有机溶剂、锂盐和添加剂；其中非水有机溶剂为碳酸酯和线性羧酸酯的混合物，所述添加剂包括具有2-3个腈基官能团的腈类化合物正极保护添加剂、低阻抗添加剂和负极成膜添加剂。所述发明通过添加剂和溶剂体系联合使用所产生的协同效应，提高了锂离子电池在高电压下的循环寿命，同时兼具优异的高温存储和低温放电性能。然而所述发明同样无法实现电池的低温快充性能，电解液组成及比例仍有进一步优化的空间。

由此可见，如何提供一种电解液，实现电池低温快充性能的同时兼顾高温性能，避免低温快充时发生析锂现象，提升电池的安全性能与使用寿命，成为了目前本领域技术人员迫切需要解决的问题。

发明内容