[发明专利]低温型碳酸酯锂电池电解液

说明书

技术领域

本发明属于电化学材料技术领域中的锂电池电解液，特别是涉及以碳酸酯类有机物为溶剂、改善电解液低温性能的低温型碳酸酯锂电池电解液。

背景技术

随着锂离子电池市场化不断深入，人们对电池性能的期望越来越高。目前商品化锂离子电池已很难满足诸如电动车、航天技术和军事等重要领域的需要，主要原因之一是电池在高、低温下的性能不佳，因此拓宽工作温度范围已成为锂离子电池研究者关注的重点问题。由电解液入手来改善温度性能已经被证明是可行的技术途径，这是因为作为在电池内起传导作用的离子导体，电解液的性能及其与正负极形成的界面状况很大程度上影响电池温度性能。

有研究结果表明：磷酸铁锂电池，会因为磷酸铁锂材料较低的离子电导率，影响电池在低温条件下的充放电性能；近些年气候变化的极限值不断刷新历史记录，特别是北方冬天温度低，低温下电池使用过程中不能将电量全部释放，影响电池的使用效率；针对这个缺点，一些材料厂家及研究机构试图通过制备纳米级颗粒，增大比表面积，表面包覆改性等手段进行改进，但终未能完全解决磷酸铁锂锂离子电池的低温性能问题。因此，开发具有较宽温度使用范围的电解液，尤其是适用于北方低温季节使用的电解液对于锂电池的循环寿命、储存寿命的提高具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的问题，提供一种适用于北方地区且低温条件下的电性能优良的低温型碳酸酯锂电池电解液。

本发明通过使用冰点低、导电率高的有机溶剂的多元溶剂组成并添加硅氧烷类、砜类及碳酸酯类有机物等特殊添加剂来实现低温下的优良电性能。本发明优选四种碳酸酯类作为溶剂组分，其碳酸酯是由1个或两个烷基与碳元素直接相连的链状碳酸酯或者环状碳酸酯；四种碳酸酯是：碳酸二甲酯(DMC)，碳酸甲乙酯(EMC)，碳酸乙烯酯(EC)，在其中加入改善电解液低温性能的添加剂：聚二甲基硅氧烷(PDMS)、1，3-丙磺酸内酯(PS)和碳酸亚乙烯酯(VC)，实验并确定低温添加剂的最佳加入配比，使这几种低温添加剂之间以及溶剂与添加剂之间的协同作用达到最大，以改善电解液在低温条件下的电性能，保持着高的放电容量和倍率性能。本发明提出如下技术方案：

一种低温型碳酸酯锂电池电解液，该电解液主要由作为溶剂组分的碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸丙烯酯(PC)、六氟磷酸锂LiPF₆和低温添加剂构成，其特征在于：四种碳酸酯溶剂的重量比为EC∶DMC∶EMC∶PC＝2∶3∶5∶1，配成1mol/L LiPF₆+四种碳酸酯溶剂(2∶3∶5∶1)+低温添加剂组成的电解液；所述的低温添加剂包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)、1，3-丙磺酸内酯(PS)、碳酸亚乙烯酯(VC)中的其中一种或其组合。

所述的低温添加剂在电解液中的重量百分比是：聚二甲基硅氧烷(PDMS)或1，3-丙磺酸内酯(PS)0.8％～2.5％，碳酸亚乙烯酯(VC)0.6％～2.0％。

所述的低温添加剂在电解液中的优选重量百分比是：聚二甲基硅氧烷(PDMS)1.3％，碳酸亚乙烯酯(VC)0.8％。

所述的低温添加剂在电解液中的优选重量百分比是：聚二甲基硅氧烷(PDMS)1.0％，碳酸亚乙烯酯(VC)1.0％。

所述的低温添加剂在电解液中的优选重量百分比是：1，3-丙磺酸内酯(PS)1.5％，碳酸亚乙烯酯(VC)0.6％。

所述的低温添加剂在电解液中的优选重量百分比是：1，3-丙磺酸内酯(PS)1.5％，碳酸亚乙烯酯(VC)1.5％。

本发明首先优选确定了溶剂的多元组合及最佳配比。溶剂组分中的碳酸乙烯酯(EC)熔点较高，虽然在使用中能形成稳定的SEI膜，但是限制了它作为电解液的电池在低温条件下的应用，为了提高电池的低温性能，本发明将它和其它熔点低的有机溶剂混合形成四元体系的共混溶液。环状的碳酸甲乙酯和羧酸酯类熔点低，作为共溶剂可以改善电池的低温性能；碳酸丙烯酯(PC)有效地抑制碳酸乙烯酯(EC)在低温时结晶析出，使在低温条件下SEI膜的低温电阻，拥有较高的离子电导率，有效拓宽了电池使用的温度范围，最低可以到-50℃低温下使用。