[发明专利]一种改善锂离子电池低温性能的电解液以及含有该电解液的锂离子电池

说明书

本发明公开了一种改善锂离子电池低温性能的电解液以及含有该电解液的锂离子电池。电解液包括导电锂盐、非水有机溶剂和添加剂，添加剂为多官能团亚硫酸酯类化合物，该添加剂同时含有亚硫酸酯基团、含氟烷基、醚键和烯丙基。其中，含氟烷基能够提高添加剂的还原电位，使其成为良好的成膜添加剂；烯丙基可以提高正负极界面的稳定性；醚键的引入可以提高电极界面膜的柔性，有利于提高电极材料的界面稳定性；亚硫酸酯基团能够提高SEI膜的离子导电性，有利于降低电池在低温下的阻抗，从而提升电池的低温性能。本发明通过在电解液中添加该类添加剂，不仅能够明显改善锂离子电池的低温循环性能，并且不影响电池的常温和高温性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池新能源领域，具体涉及一种改善锂离子电池低温性能的电解液以及含有该电解液的锂离子电池。

背景技术

随着科技发展的日新月异，人类的活动空间得到极大的拓展，其中极地、高纬度高海拔地区、宇宙深度探索等活动日益频繁，这都需要环境适应能力强，低温性能优异的锂离子电池，所以开发低温性能优异的锂离子电池是国内外的一个比较热点的课题。目前锂离子电池的低温性能普遍较差，主要有以下几个方面原因造成的：第一是电解液在低温下的导电能力降低，引起电池极化增大，造成副反应增大或者析锂，引起电池性能下降；第二是低温下锂离子在电极材料中的扩散能力下降，引起电池极化增大，造成电池性能降低；第三是电极液在电极材料形成的界面性能，尤其是石墨负极材料的界面，研究表明在低温下石墨负极的电荷迁移阻抗呈几何倍数的增长，是导致电池性能下降的主要原因。

由于电解液对锂离子电池的低温性能影响显著，故现阶段对于低温锂离子电池的研究中，主要研究方向集中在电解液层面上。主要是从导电锂盐、溶剂和添加剂几个方向着手来提高锂离子电池的低温性能。目前报道LiBOB、LiBF₄和LiDFOB能够明显降低电池在低温下的电荷迁移阻抗，有效提升锂离子电池的低温放电性能，但是由于锂盐成本的原因现阶段只能用作理论研究，无法进行推广。溶剂方面主要是使用低熔点的有机溶剂来替代部分碳酸酯，其中最具代表性的是线形羧酸酯，如乙酸乙酯、丙酸甲酯等，其作为共溶剂能够明显改善锂离子电池的低温放电性能，但是羧酸酯的引入会恶化电池的高温性能。相关研究表明向羧酸酯中引入含氟烷基链可以在提高电池低温性能的同时不恶化电池的高温性能，但是鉴于目前含氟羧酸酯无法量产，该方法还停留在实验室研究阶段。出于成本和工艺成熟性等综合因素考虑，使用添加剂改善锂离子电池低温性能是目前阶段最经济有效的手段，目前文献报道的改善锂离子电池低温性能的添加剂主要有含氟添加剂，如FEC、DTA、LiPO₂F₂等，含硫添加剂，如：DTD、亚硫酸酯等。但这些添加剂必须要与其他成膜添加剂共同作用，才能保证电池具有良好的性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种改善锂离子电池低温性能的电解液，以改善锂离子电池的低温循环性能，解决现有技术中存在的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种改善锂离子电池低温性能的电解液，包括导电锂盐、非水有机溶剂和添加剂，所述添加剂为具有下式I所示结构的多官能团亚硫酸酯类化合物，

式中R_F为具有1-6个碳原子的部分氟化或完全氟化的含氟烷基。

作为优选的技术方案，所述多官能团亚硫酸酯类化合物的添加量为电解液总质量的0.1～10.0％。

作为优选的技术方案，所述导电锂盐为六氟磷酸锂、六氟砷锂、高氯酸锂、四氟硼锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、三氟甲基磺酸锂、五氟乙基磺酸锂、双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂、双(五氟乙基磺酰)亚胺锂、双(氟磺酰)亚胺锂中的至少一种。