[发明专利]锂电池用电解液、锂电池以及改善高温锂电池性能的方法

说明书

本发明提供一种锂电池用电解液，其包含锂盐和非水有机溶剂，其中所述电解液中的锂离子浓度为0.005‑0.3mol/L。本发明还提供一种锂电池，其包含本发明所述的电解液。本发明还提供一种改善高温锂电池性能的方法，其包括以下步骤：将锂盐和任选的功能添加剂加入非水有机溶剂中，制得电解液；然后，将包含所述电解液的锂电池在60‑120℃的高温环境下使用；其中，所述电解液中的锂离子浓度为0.005‑0.3mol/L。包含本发明的电解液的锂电池在高温环境如60‑120℃下运行，仍然具有优异的性能如高安全性、高稳定性、高电压、高倍率、高比能和长循环。同时，本发明的锂电池中的锂离子的含量低，这可以极大的降低经济成本。

技术领域

本发明属于新能源材料领域。具体地，本发明涉及锂电池用电解液、锂电池以及改善高温锂电池性能的方法。

背景技术

锂电池在目前所有商用电池中具有最高的能量密度，广泛应用于消费电子、电动汽车、规模储能等领域。近年来，各行业的快速发展对电池寿命、能量密度、倍率性能和安全性都提出了更高的要求。锂电池中电解质有着至关重要的作用，是电池中离子传输的载体，是锂离子电池获得高安全、高电压、高倍率、高比能、低成本等优点的保证。

电池安全性方面：安全是人类社会最基本的需求，锂电池在运行过程中由于多种原因不可避免的会发生热失控。电解质由于其化学组成和电池构型的原因，在热失控发生时通常最先发生分解，同时也是诱发热失控持续发生和放大的关键部分，故研究更安全的电解质具有极大意义。

电池成本方面：电池成本直接决定着消费者的购买意愿，电池不断的研发成本也来源于消费者。电解质是电池必不可少的组成部分，其成本占整个电池成本的比例仅次于正极活性材料。所以开发更加低成本的电解质有着重要的意义。

电池倍率方面：目前电动汽车和消费电子中锂电池的充放电速度是消费者的一大痛点问题。倍率对应着电池可供充放电的速率，决定着生产和生活的时间效率。电池的倍率受多重因素影响，其中电解质是其中一大关键因素。电解质的电导率和构筑的界面层是其影响倍率性能的方式。

电池电压方面：电解质是连接正极和负极的桥梁，在充放电过程中电解质分别于正负极表面发生化学或电化学分解，生成所谓的固态电解质界面相(SEI)界面层。电解质的窗口和SEI界面稳定性决定了电池的电压高低，其中SEI界面的构筑很大程度上取决于电解质的选取。

电池比能量方面：电池的能量密度决定着单位质量或单位体积所携带的能量的多少，是消费者另外一个重要的需求。电解质的选择和含量是决定电池能量密度的重要一环。选用电压窗口更宽的单位载荷密度更高的电解质、降低电解质总的使用量可以有效地提升电池整体的能量密度。

目前常用的商业化锂电池中，非水液体电解质占据着大部分的市场，应用最为广泛。非水液体电解质常由有机溶剂和锂盐组成，并且为了实现构筑良好的SEI、提高电导率、过充保护、阻止电解液燃烧、提高浸润性等等功能，常伴随有添加剂的加入。

常见的非水液体电解液中常见的有机溶剂有碳酸酯(环状和链状)、羧酸酯和醚等几大类，锂盐包含无机锂盐和有机锂盐。添加剂也包含无机和有机添加剂，按照功能分类包括成膜添加剂、导电添加剂、阻燃添加剂、限压添加剂(过充保护添加剂)和多功能添加剂。电解液浓度也是一个重要的参数。

索鎏敏等人开发了一种高盐浓度(最高可达21mol/L)的电解液。但是高盐浓度的电解液容易存在随着锂盐浓度的升高，电解液的电导率会有一个升高后降低的过程并且粘度会不断加大，导致电池极化增大，性能恶化。且锂盐比例的升高还会带来成本的巨大提升。

现有市售的锂电池的电解液中锂离子的浓度大约为1mol/L。目前的锂电池在高温(60-120℃)下性能如循环性、倍率性质和稳定性不佳。目前提高锂离子电池的高温性能的方式集中在电解液组分的选择上，比如，寻找熔点高的溶剂、高热稳定性的锂盐或者高温添加剂等等。