[发明专利]一种兼顾高低温性能的锂离子电池电解液

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池电解液，主要涉及一种兼顾高低温性能的锂离子电池电解液，属于锂离子电池领域。

背景技术

自从20世纪90年代锂离子电池商业化使用以来，便以其比能量高、电池电压高、工作温度范围宽、储存寿命长、无记忆效应、自放电率小、可快速充放电等优点而迅速发展起来，目前，锂离子电池已经广泛应用手机、笔记本电脑、数码相机等电子产品中，还作为动力型电池逐渐在电动自行车、航模、电动汽车上得到广泛使用。在锂离子电池使用过程中，能够兼顾高低温下的使用性能，一直是电池科技工作者研究的重点，通常来说，常温下性能良好的电池只能兼顾低温性能好或者高温性能良好，很难做到高低温兼顾。其中最主要的原因就是锂离子电池电解液的液态温度窗口窄，不能兼顾高低温下的热稳定性和电化学稳定性，公开号为CN102306837(2012-01-04)的中国专利提供了一种锂离子电池电解液，通过添加60%以上γ-丁内酯和10~40%线性羧酸脂来兼顾高低温性能，专利中使用大量γ-丁内酯来保证宽的液态温度，采用线性羧酸脂来调节粘度，但是大量γ-丁内酯存在低温时，粘度不容乐观，同时缺乏了碳酸酯会使电化学性能也将会有所降低；另外，当温度升高后锂离子电池表现出较高的初始容量，但电池的循环稳定性降低，容量衰减速率加快，因此，在高温下电池的循环稳定性也很重要。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供一种具有工作温度窗口宽，放电性能良好的电解液，不仅可以解决-40℃低温放电效率不高的问题还同时满足高温60℃循环要求。为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种兼顾高低温性能的锂离子电池电解液，它包括有机溶剂、锂盐和添加剂，所述有机溶剂包括线性碳酸酯、环状碳酸酯、线性羧酸脂和环状羧酸脂；所述添加剂包括高温添加剂和一种选自结构式1表示的占所述电解液总质量的0.5%~15%的多功能添加剂：

[结构式1]

其中R₁为H、F、CH₂=CH、CH₃-CH=CH一种，R₂为H、F、CN、CH₂=CH中一种。

本发明中锂离子电池电解液包括有机溶剂、锂盐和添加剂，所述有机溶剂包括线性碳酸酯、环状碳酸酯、线性羧酸脂和环状羧酸脂；在该有机溶剂中，环状碳酸酯通常具有高熔点，高介电常数，可以提高电解液的电导率，但是也具有高粘度，因此本发明为了使较宽的温度范围内离子的传导性好，保持正极和负极上电化学氧化、还原稳定进行，在锂离子电池电解液中采用线性碳酸酯、环状碳酸酯作为混合溶剂，并把电解质盐溶解其中形成电解液，这样不仅提高较宽的温度范围内离子的传导性而且还解决了环状碳酸酯高粘度问题。此外，虽然碳酸酯类混合溶剂能够在一定范围能解决上述问题，但是在拓宽高低温下液态的工作适用范围、兼顾低温放电以及高温循环性能上发挥的作用是有限的，因此必须引入新的溶剂体系—羧酸脂体系，才有可能实现高低温的兼顾。在本发明有机溶剂中，线性羧酸脂和环状羧酸脂通常具有较低的熔点，因此在有机电解液中添加线性羧酸酯和环状羧酸脂会使锂离子电池的低温性能会得到很好的改善，尤其是其中低熔点、高沸点羧酸脂的加入，对于高低温性能改善都是十分有利的，不仅拓宽了液态工作范围，降低了体系粘度，更有利的是提高了高温稳定性。

另外，本发明中锂离子电池电解液还包括具有结构式1多功能添加剂，该多功能添加剂引入后提高了锂离子电池电解液体系浸润性以及优化成膜降低膜阻抗，从而不仅能够抑制高温添加剂对低温性能的不利影响，促使低温性能的发挥；而且能够促进高温添加剂在高温时性能的发挥，提高高温循环性能。

作为优选，所述多功能添加剂选自结构式2表示的第一多功能添加剂、结构式3表示的第二多功能添加剂和结构式4表示的第三多功能添加剂中一种，其中：

[结构式2]

[结构式3]

[结构式4]

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