[发明专利]一种用于超低温放电的锂离子电池电解液及锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池电解液及锂离子电池，尤其是涉及一种用于超低温放电的锂离子电池电解液及锂离子电池，属于锂离子电池领域。

背景技术

随着便携式电子设备，如移动电话、笔记本电脑等产品的日益普及，对相应的供电电源也提出了更高的要求。锂离子电池以其重量轻、比能量高、工作电压高、寿命长、自放电低等优点，被广泛的应用于移动电子终端产品上。

自从日本Sony公司于1991年首次推出商品化的锂离子电池以来，锂离子电池行业得到了飞速的发展。二次锂离子电池使用两种不同的能够可逆嵌入/脱出锂离子化合物作为正负极活性物质，嵌锂化合物代替二次锂电池中的金属锂负极，既保持了锂电池工作电压高的优点，又在很大程度上解决了锂电池引起的安全隐患，同时还大大提高了电池的充放电效率和循环使用寿命。

目前，商业化的锂离子电池的正极使用过渡金属氧化物材料，如LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄等，该锂离子电池的负极使用碳材料，如天然石墨、中间相碳微球（MCMB）等，电解液一般使用溶有锂盐的非水性有机碳酸酯。目前广泛应用于锂离子电池电解液中的有机溶剂有以下几种：碳酸乙烯酯（EC）、碳酸丙烯酯（PC）、γ-丁内酯（GBL）、碳酸亚乙烯酯（VC）、碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸甲乙酯（EMC）。非水有机电解液在正极和负极之间起到移动传递锂离子的作用，而且电解液在电池运行的电压范围内应该稳定，可以快速传递锂离子。

目前常用的锂离子电池大多存在不能在超低温环境中放电的问题，这就直接影响了锂离子电池的性能，同时也影响锂离子电池的正常使用，影响安装有锂离子电池的电子产品的正常使用，阻碍了锂离子电池行业的快速发展。随着锂离子电池应用领域的越来越广，迫切需要解决锂离子电池在－40℃以下的环境中放电的问题。

当然，目前也有一些能够在低温环境中放电的锂离子电池，如公开日为2007年08月15日，公开号为CN101017918的中国专利中，公开了一种能超低温放电的锂离子电池的电解液及其锂离子电池，该锂离子电池中的电解液采用六氟磷酸锂、四氟硼酸锂和溶剂混合而成，溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、二甲氧基乙烷，六氟磷酸锂、四氟硼酸锂的重量比在1：5～10：1之间，六氟磷酸锂、四氟硼酸锂混合后所形成的复合盐的浓度为0.7～1.2摩尔/升，碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯之间成比例，二甲氧基乙烷占六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯混合物总重量的0.5％～10％，由于该锂离子电池中的电解液使用有六氟磷酸锂和四氟硼酸锂，且溶剂只公开有碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和二甲氧基乙烷，使得锂离子电池中电解液的组分不是非常合理，在一定程度上影响锂离子电池的性能，尤其是锂离子电池在超低温下进行放电的性能。再如公开日为2007年07月11日，公开号为CN1996644的中国专利中，公开了一种超低温锂离子电池负极膜及其制备方法和应用，该制备锂离子电池负极膜的方法如下：1)石墨负极极片的制备：按常规工艺涂布好负极极片，然后干燥；2)配制化学镀银液：将银盐配制成银氨溶液，还原剂亦配制成溶液，二者混合即为化学镀银液；3)化学镀：将步骤1)所得的石墨负极极片放入步骤2)所得的镀液中施行化学镀，然后用水反复淋洗，并在烘箱中干燥后即为复合负极膜。虽然采用该方法制备的锂离子电池复合负极膜可以作为超低温锂离子电池的负极膜，但是难以有效改善锂离子电池在低温环境中放电的问题，难以有效提升锂离子电池的整体性能。又如公开日为2006年10月25日，公开号为CN1851969的中国专利中，公开了一种生产超低温锂离子电池的方法，该方法包括如下步骤：(1)将按通常工艺涂布的正极极片、负极极片和隔膜转绕或叠成电池芯，然后放置到电池壳中；(2)将在超低温下不凝固的、含PC的电解液注入到步骤(1)得到的、放置有电池芯的电池壳中，然后将电池壳进行封口，得到锂离子电池；(3)将步骤(2)得到的封口后的锂离子电池进行按照如下的工艺进行化成，得到超低温锂离子电池：先采用较大电流对电池循环充放电1～500次，其中所述较大电流的充放电倍率在0.1C-200C之间变化；然后改用较小电流恒流循环充放电1～50次，较小电流的充放电倍率在0.01C-10C之间变化。虽然采用该方法生产的锂离子电池低温使用极限可以达到零下60℃，但是此类锂离子电池的整体性能不够可靠，而且该发明中也没有充分公开锂离子电池的组分和配比。