[发明专利]一种用于低温锂离子电池的添加剂及使用该添加剂的电解液和锂离子电池

说明书

本发明涉及一种用于低温锂离子电池的添加剂及使用该添加剂的电解液和锂离子电池。其中，添加剂为官能化的金属‑有机框架材料。电解液包括有机溶剂、复合锂盐和添加剂，并且以质量百分数计，所述有机溶剂的含量为80～89％，所述复合锂盐的含量为10～15％，所述添加剂的含量为0.1～10％。该电解液用于锂离子电池中能显著提高其稳定性，并提升电解液在低温下的电导率、解离度和溶解度，增强Li⁺传导速率，改善锂离子电池的负极固体相界面膜的结构，进而降低其低温阻抗，提高电池的高倍率性能。本发明步骤简单，可控，易于实现工业化生产。

技术领域

本发明涉及锂离子电池低温电解液技术领域，具体地，涉及一种用于低温锂离子电池的添加剂及使用该添加剂的电解液和锂离子电池。

背景技术

电解液作为正负极之间传导能量载体锂离子的场所，被称作锂离子电池的“血液”，其对电池的寿命、安全性和倍率性能等具有至关重要的影响。然而当锂离子电池供电设备，如手机、测量仪、电脑和汽车等在冬季或高寒地区使用时，因电池不能提供足够电量致使设备不能正常运行。导致该现象的主要因素在于电解液的工作温度范围较窄，尤其在低温时电解液的导电能力及其与正负极形成的界面结构对电池低温性能几乎具有决定性作用。通常的改善方法是在电解液中加入一定量的功能组分如成膜、阻燃、耐过充电等，作为添加剂以提高电解液的性能。目前商业化锂离子电池的电解液一般采用EC(碳酸乙烯酯)基电解液，主要组分为LiPF₆(六氟磷酸锂)/EC+DMC(其他碳酸酯共溶剂)。但是在低工作温度下，如-10～-40℃，如何选择具有特定功能的添加剂同时保持电池高倍率性能依然是锂离子电池电解液领域的一个重要挑战。

金属-有机框架材料(MOFs)是近十年来发展迅速的一种配位聚合物，其具有三维的孔结构，一般以金属离子为连接点，有机配体位支撑构成空间3D延伸，系沸石和碳纳米管之外的又一类重要的新型多孔材料，在催化、储能和分离中都有广泛应用。MOFs由于其可调的结构使其在催化、吸附分离与识别等领域均有较好的应用。近年来，通过后修饰方法对MOFs进行功能化，可以调节其物理性质与化学性质，使修饰后的MOFs可以应用在更多的领域。

现有技术中关于低温电解液材料已有一些报道，例如CN102832409A公开了一种含硼酸锂基电解质盐的锂离子电池低温电解液及其制备方法；CN103413970A公开了一种含聚二甲基硅氧烷，1,3-丙磺酸内酯，碳酸亚乙烯酯添加剂的低温型碳酸锂酯锂电池电解液；CN103500850B公开了一种含γ-戊内酯(GVL)、碳酸亚乙烯酯(VC)、亚硫酸乙烯酯(ES)、亚硫酸丙烯酯(PS)添加剂的三元镍钴锰材料(NMC523)电池的低温电解液；CN101685880A公开了一种基于减压蒸馏除杂质和分子筛/碱金属吸附脱水的低温锂离子电池电解液的制备方法；CN101645521A公开了一种用于钛酸锂锂离子电池的低温功能电解液的制备方法。

以上，虽然公开了关于锂电池的低温电解液，但将MOFs应用于锂离子电解液中以提高锂离子电池在低温下的倍率性能在现有技术中鲜有报道，这些现有技术与本发明的主要区别在于：1.添加剂材料不同，本发明中还存在现有技术中不存在的金属-有机框架材料(MOFs)；2.制备方法不同，本发明中采用了将MOFs与另外一些常规添加剂官能化的方法。本发明所述材料为一种官能化的金属-有机框架材料的添加剂以及含该材料的低温电解液在锂离子电池中的应用。该材料中的MOFs具备孔径尺寸可控，比表面积大等优点，通过其官能化可显著增强添加剂本身的结构稳定性，提升电解液在低温下物理性能，增强Li⁺传导速率，改善电池负极固体相界面膜的结构，进而提高电池的倍率性能。

基于以上，期待一种锂离子电池低温电解液，该电解液中含有官能化的金属-有机框架材料的添加剂材料，MOFs能显著提高其稳定性，并提升电解液在低温下的电导率、解离度和溶解度，增强Li⁺传导速率，改善锂离子电池的负极固体相界面膜的结构，进而降低其低温阻抗，提高电池的高倍率性能。

发明内容