一种兼顾高低温性能的高容量锂离子电池电解液、制备方法及锂离子电池技术

本发明专利技术公开了一种兼顾高低温性能的高容量锂离子电池电解液，所述的电解液包括非水溶剂和六氟磷酸锂，所述的电解液还包括负极成膜添加剂、抑制气胀添加剂、低阻抗添加剂；其中，负极成膜添加剂由占电解液总质量3～15％的氟代碳酸乙烯酯组成；抑制气胀添加剂由占电解液总质量0.3～5％的1，3‑丙烯磺酸内酯或酸酐类化合物中的一种或两种组成；低阻抗添加剂由占电解液总质量0.2～3％的二氟磷酸锂或二氟草酸磷酸锂中的一种或两种组成。该电解液适用于高镍正极和硅碳复合负极锂离子电池，兼顾常温循环性能的同时，改善该锂离子电池的高温存储性能和低温放电性能，同时本发明专利技术还提供该电解液的制备方法以及采用该电解液的高容量锂离子电池。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电解液领域，特别是一种兼顾高低温性能的高容量锂离子电池电解液、制备方法及锂离子电池。
技术介绍
高能量密度锂离子电池受到越来越多的关注，为了提高锂离子电池的能量密度，人们在正负极材料上都做出了许多努力。在正极方面，其中钴酸锂、三元材料、锰酸锂这三种体系的锂离子电池的充电电压最高已达到4.5V，但是其能量密度依然不能满足电动汽车及其它高能量度电子产品的需求。镍钴锰酸锂三元材料提高镍的含量能大大提升材料的比容量，因此高镍三元材料不失为一种提高锂离子电池容量的有效手段。在负极方面，目前商业使用最多的碳负极的容量已经非常接近其理论容量(372mAh/g)，比容量开发潜力较小，且在电池过充时具有较大的安全隐患。所以开发出更高能量密度负极材料已成为目前锂离子电池领域的迫切需求。其中硅碳类材料由于其具备高的理论容量而备受关注，并且越来越多的被应用在商业化产品中。以高镍材料作为锂离子电池正极，以硅碳复合材料作为负极能够很大程度的提升电池的比能量。在高镍材料为正极、硅碳复合材料为负极的锂离子电池体系内，由于高镍材料中Ni含量的增加，且在充电过程中，随充电电压升高，高镍材料正极表面Ni3+和Ni4+含量增加，由于Ni4+具有很强的氧化性，不仅与电解液发生反应，破坏电解液的功能，而且可能导致正极材料在较低的温度下分解析出O2，产生大量热，高温条件下电解液分解产生大量气体，给电池带来安全性隐患。硅碳复合负极虽然具有较高的比容量，但是硅碳负极的导电性相对于石墨负极要差，尤其是在低温下，硅碳复合负极的锂离子电池低温放电及低温循环性能明显比石墨负极要差，且在负极表面更容易析锂，给电池的安全性能造成了极大的隐患。为了改善锂离子电池的高温性能，一般会选择碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯等沸点较高的溶剂作为电解液的主溶剂，但是这些溶剂的熔点较高，在低温下电解液的电导率下降非常快，电池阻抗快速增加。很难满足电池的低温放电性能。为了改善电池的低温性能，一般会选择乙酸乙酯、丙酸乙酯等熔点较低的羧酸酯作为电解液的主溶剂，但是这些溶剂的沸点相对较低，对于改善电池的高温性能不利。而在添加剂方面，为了改善高温性能一般使用碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯等添加剂，但是这一类添加剂会造成电池阻抗较大，尤其是在低温下，电池阻抗增加非常明显，导致电池的低温性能下降。所以要通过电解液来同时改善电池的高低温性能是一个比较难的课题。专利申请CN201410505635.7公开了一种锂离子电池及其电解液，所述锂离子电池的电解液，包括：非水有机溶剂；锂盐，溶解在非水有机溶剂中；以及添加剂。所述添加剂包括氟代碳酸乙烯酯(FEC)、1,3-丙磺酸内酯(PS)以及含氰基的钛酸酯。所述锂离子电池包括前述锂离子电池的电解液，该锂离子电池在高温高压下具有优良的存储性能和循环性能。专利申请CN201310150682.X公开了一种锂离子电池用电解液及含该电解液的锂离子电池，其包括溶剂、锂盐和添加剂的锂离子电池用电解液，所述的添加剂为琥珀酸酐；溶剂选自氟代碳酸乙烯酯，锂盐为六氟磷酸锂和/或二草酸硼酸锂。专利申请CN201210510762.7公开了一种电解液及其应用，包括有机溶剂、六氟磷酸锂及添加剂，所述添加剂包括四氟硼酸锂、1，3-丙磺酸内酯、双草酸硼酸锂、己二腈、碳酸亚乙烯酯及氟代碳酸乙烯酯，所述电解液中所述四氟硼酸锂的质量浓度为0.5％～2％，所述1，3-丙磺酸内酯的质量浓度为1％～4％，所述双草酸硼酸锂的质量浓度为1％～5％，所述己二腈的质量浓度为1％～3％，所述碳酸亚乙烯酯的质量浓度为0.5％～2％，所述氟代碳酸乙烯酯的质量浓度为2％～5％。专利申请CN201410513888.9公开了一种高电压锂离子电池的电解液及高电压锂离子电池包括非水有机溶剂、锂盐和电解液添加剂，所述电解液添加剂包括以下基于电解液总重量的组分：1％-10％的氟代碳酸乙烯酯、1％-5％的二腈化合物和0.1％-2％的2-甲基马来酸酐；进一步可以添加0.2％-2％的双草酸硼酸锂，进一步还可以添加1,3-丙烷磺酸内酯等添加剂。专利申请CN201310034975.1公开了一种负极钛酸锂电池用电解液、锂离子电池及其制备方法该电解液以六氟磷酸锂为电解质，以碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯和碳酸丙烯酯为溶剂，以氟代碳酸乙烯酯、双草酸硼酸锂、1,3-丙磺酸内酯或碳酸亚乙烯酯中一种或多种为成膜添加剂。但是上述的方案存在的问题是，大多在常温和高温状态下有较好的容量恢复率，并未记载在低温条件下的电池性能。鉴于对提高锂离子电池能量密度的需求越来越迫切，为了拓宽以高镍材料为正极、硅碳复合材料为负极的高能量密度锂离子电池使用温度范围，有必要开发一种与高能量密度锂离子电池相匹配的高低温兼顾的锂离子电池电解液。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于兼顾高低温性能的高容量锂离子电池的电解液。该电解液适用于高镍正极和硅碳复合负极锂离子电池，能同时兼顾电池的高温循环和低温循环性能，同时本专利技术还提供该电解液的制备方法以及采用该电解液的高容量锂离子电池。本专利技术的技术方案为：一种兼顾高低温性能的高容量锂离子电池电解液，所述的电解液包括非水溶剂和六氟磷酸锂，所述的电解液还包括负极成膜添加剂、抑制气胀添加剂、低阻抗添加剂；其中：负极成膜添加剂由占电解液总质量3～15％的氟代碳酸乙烯酯组成；抑制气胀添加剂由占电解液总质量0.3～5％的1,3-丙烯磺酸内酯、酸酐类化合物中的一种或两种组成；低阻抗添加剂由占电解液总质量0.2～3％的二氟磷酸锂、二氟草酸磷酸锂中的一种或两种组成。进一步优选地，负极成膜添加剂由占电解液总质量3～15％的氟代碳酸乙烯酯组成；抑制气胀添加剂由占电解液总质量0.5～2％的1,3-丙烯磺酸内酯或酸酐类化合物中的一种或两种组成；低阻抗添加剂由占电解液总质量0.5～2.5％的二氟磷酸锂或二氟草酸磷酸锂中的一种或两种组成。在上述的兼顾高低温性能的高容量锂离子电池电解液中，所述的酸酐类化合物为丁二酸酐、马来酸酐、2-甲基马来酸酐、2，3-二甲基马来酸酐中的一种。在上述的兼顾高低温性能的高容量锂离子电池电解液中，所述的非水溶剂占电解液总质量的58～86％，所述的非水溶剂为环状碳酸酯、线性碳酸酯、线性羧酸酯中的至少一种。进一步优选地，所述的非水溶剂占电解液总质量的64～83.2％，所述的非水溶剂为环状碳酸酯、线性碳酸酯、线性羧酸酯中的至少一种。在上述的兼顾高低温性能的高容量锂离子电池电解液中，所述的环状碳酸酯包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯中的至少一种。在上述的兼顾高低温性能的高容量锂离子电池电解液中，所述的线性碳酸酯包括碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯中的至少一种。在上述的兼顾高低温性能的高容量锂离子电池电解液中，所述的线性羧酸酯包括丙酸丙酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸乙酯中的至少一种。在上述的兼顾高低温性能的高容量锂离子电池电解液中，所述的六氟磷酸锂在电解液中的浓度为0.8～1.5mol/L。进一步优选地，所述的六氟磷酸锂在电解液中的浓度为0.9～1.4mol/L。本专利技术还公开了一种如上述的电解液的制备方法，所述的方法为：在氩气氛围内，向非水溶剂中加入负极成膜添加剂、抑制气胀添加剂、低阻抗添加剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种兼顾高低温性能的高容量锂离子电池电解液，所述的电解液包括非水溶剂和六氟磷酸锂，其特征在于：所述的电解液还包括负极成膜添加剂、抑制气胀添加剂、低阻抗添加剂；其中：负极成膜添加剂由占电解液总质量3～15％的氟代碳酸乙烯酯组成；抑制气胀添加剂由占电解液总质量0.3～5％的1，3‑丙烯磺酸内酯、酸酐类化合物中的一种或两种组成；低阻抗添加剂由占电解液总质量0.2～3％的二氟磷酸锂、二氟草酸磷酸锂中的一种或两种组成。

【技术特征摘要】
1.一种兼顾高低温性能的高容量锂离子电池电解液，所述的电解液包括非水溶剂和六氟磷酸锂，其特征在于：所述的电解液还包括负极成膜添加剂、抑制气胀添加剂、低阻抗添加剂；其中：负极成膜添加剂由占电解液总质量3～15％的氟代碳酸乙烯酯组成；抑制气胀添加剂由占电解液总质量0.3～5％的1，3-丙烯磺酸内酯、酸酐类化合物中的一种或两种组成；低阻抗添加剂由占电解液总质量0.2～3％的二氟磷酸锂、二氟草酸磷酸锂中的一种或两种组成。2.根据权利要求1所述的兼顾高低温性能的高容量锂离子电池电解液，其特征在于：所述的酸酐类化合物为丁二酸酐、马来酸酐、2-甲基马来酸酐、2，3-二甲基马来酸酐中的一种。3.根据权利要求1所述的兼顾高低温性能的高容量锂离子电池电解液，其特征在于：所述的非水溶剂占电解液总质量的58～86％，所述的非水溶剂为环状碳酸酯、线性碳酸酯、线性羧酸酯中的至少一种。4.根据权利要求3所述的兼顾高低温性能的高容量锂离子电池电解液，其特征在于：所述的环状碳酸酯包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯中的至少一种。5.根据权利要求3所述的兼顾高低温性能的高容量锂离子电池电解液，其特征在于：所述的线性碳酸酯包括碳酸甲乙酯、碳酸二甲...

【专利技术属性】
技术研发人员：范伟贞，余乐，王海，周顺武，张利萍，
申请(专利权)人：广州天赐高新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44