宽温型锂离子电池电解液及其锂离子电池制造技术

本发明专利技术提供了一种宽温型锂离子电池电解液及其锂离子电池，其中锂离子电池电解液包括锂盐、非水有机溶剂和添加剂，非水有机溶剂包括第一碳酸酯、第二碳酸酯、第三碳酸酯、第四碳酸酯和羧酸酯，第一碳酸酯为碳酸二甲酯且体积百分比为39～51％，第二碳酸酯为碳酸丙烯酯且体积百分比为10～15％，第三碳酸酯为碳酸乙烯酯且体积百分比为8～15％，第四碳酸酯为碳酸甲乙酯和/或碳酸二乙酯，且体积百分比为8～10％，羧酸酯为乙酸丙酯、丙酸丙酯和丙酸乙酯中的一种或多种，且体积百分比为19～26％。本发明专利技术在碳酸二甲酯和碳酸丙烯酯协同作用的基础上，再加入碳酸乙烯酯、第四碳酸酯和线性羧酸酯，可使锂离子电池具有较佳的高低温性能。可使锂离子电池具有较佳的高低温性能。

Wide temperature lithium ion battery electrolyte and its lithium ion battery

【技术实现步骤摘要】
宽温型锂离子电池电解液及其锂离子电池


[0001]本专利技术涉及二次电池
，具体涉及一种锂离子电池，更加涉及一种宽温型锂离子电池电解液及其锂离子电池。

技术介绍

[0002]传统锂离子电池的工作温度一般在
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20～60℃，在低于
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20℃时，锂离子电池的充放电性能较差，电池难以充电，且放电容量只有常温时的10％左右。而高于60℃时，存在较高的安全隐患。其主要原因是常规使用电解液中非水有机溶剂所导致的，目前使用的非水有机溶剂中很多物质熔点较高、沸点较低或粘度较大。熔点较高导致在较低温度下易凝固，而致电解液中的锂离子扩散能力下降，从而致使低温下放电性能大大降低。而沸点较低，于超过60℃的高温下，高温存储能力很差，产气较多容易导致锂离子电池的安全装置被冲开，而使锂离子电池于高温下失效。粘度较大，在低温下，导致离子迁移困难，电导率低，同样大大降低其低温放电性能。
[0003]尤其是，传统锂离子电池电解液的非水有机溶剂中含有高含量的碳酸二甲酯，碳酸二甲酯的熔点较高(3℃)，沸点较低(90℃)，故其于高温下的存储能力很差，容易导致电池的安全装置被冲开，从而导致高温下电池失效。而低于0℃以下易凝固，导致电解液的锂离子扩散能力下降，低温下放电性能大大降低。
[0004]但是一些军用类或特种设备上所需要的锂离子电池的工作温度常常会超出此温度范围，低至
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40℃，高达95℃。于此工作温度下，含有大量碳酸二甲酯为溶剂的传统电解液不具备高温耐受性和低温离子导电性。<br/>
技术实现思路

[0005]基于上述问题，本专利技术的目的在于提供一种能于
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40～95℃的极限温度下正常使用的宽温型锂离子电池电解液及其锂离子电池，从而以扩宽锂离子电池的使用领域。
[0006]为实现上述目的，本专利技术第一方面提供了一种宽温型锂离子电池电解液，包括锂盐、非水有机溶剂和添加剂，所述非水有机溶剂包括第一碳酸酯、第二碳酸酯、第三碳酸酯、第四碳酸酯和羧酸酯，所述第一碳酸酯为碳酸二甲酯，且所述第一碳酸酯占所述非水有机溶剂体积的百分比为39～51％，所述第二碳酸酯为碳酸丙烯酯，且所述第二碳酸酯占所述非水有机溶剂体积的百分比为10～15％，所述第三碳酸酯为碳酸乙烯酯，且所述第三碳酸酯占所述非水有机溶剂体积的百分比为8～15％，所述第四碳酸酯为碳酸甲乙酯和/或碳酸二乙酯，且所述第四碳酸酯占所述非水有机溶剂体积的百分比为8～10％，所述羧酸酯为乙酸丙酯、丙酸丙酯和丙酸乙酯中的一种或多种，且所述羧酸酯占所述非水有机溶剂体积的百分比为19～26％。
[0007]本专利技术的电解液引入不同熔点和沸点的非水有机溶剂，以保证锂离子电池可于
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40～95℃的极限温度下正常使用。具体的，加入39～51vol.％的碳酸二甲酯，其粘度较低(0.59cP.s)，有利于电解液在锂离子电池中的渗透，提高锂离子电池的循环性和一致性，但
碳酸二甲酯的熔点较高(3℃)，沸点较低(90℃)，0℃以下易凝固，导致低温放电性能大大降低，同时于高温下的长期存储能力很差，容易导致电池上的安全装置被冲开，从而导致高温下电池失效，因此其在电解液溶剂中的体积含量不能超过51％。通过加入碳酸丙烯酯可弥补碳酸二甲酯熔点较高，沸点较低的缺陷问题，碳酸丙烯酯是一种较特殊的溶剂，其沸点很高(242℃)，熔点较低(
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49℃)，能保证电池于
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40～95℃极限温度下的高低温性能的同时还具有较高的介电常数，有利于提高电解液中锂盐的锂离子解离能力，提升电解液的电导率，但是碳酸丙烯酯的粘度偏高，因此其含量不能超过15％，否则容易造成电解液在锂离子电池中渗透不良。在碳酸二甲酯和碳酸丙烯酯产生协同作用的基础上，再加入碳酸乙烯酯和第四碳酸酯，碳酸乙烯酯可使电解液中锂盐的锂离子能够被充分解离，提高电解液的锂离子导电能力，但碳酸乙烯酯熔点太高(37℃)，常温下是固态，若添加太多不利于电解液在电池中的渗透，因此电解液中的添加量不能超过15％。第四碳酸酯为碳酸甲乙酯和/或碳酸二乙酯，其粘度较低，加入第四碳酸酯可进一步降低电解液的粘度以提高渗透性，提高电解液耐受温度窗口，降低电池阻抗，提升循环性能等。另外，再辅以乙酸丙酯、丙酸丙酯和丙酸乙酯等线性羧酸酯，此类线性羧酸酯具有粘度低、沸点高、熔点低的特点，可进一步兼顾高低温性能。即，本专利技术的电解液在碳酸二甲酯和碳酸丙烯酯产生协同作用的基础上，再加入碳酸乙烯酯、第四碳酸酯和线性羧酸酯，可使于
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40～95℃的极限温度下，锂离子电池仍具有较佳的高低温性能。
[0008]进一步的，所述锂盐占电解液的质量百分比为10～20％。
[0009]进一步的，所述锂盐包括六氟磷酸锂、二氟磷酸锂、双(氟磺酰亚胺)锂和双三氟甲基磺酰亚胺锂中的一种或多种。更进一步的，所述锂盐包括占电解液的质量百分比为11.25～15％的六氟磷酸锂、0.3～1％的二氟磷酸锂和0.5～1％的亚胺锂盐，所述亚胺锂盐为双(氟磺酰)亚胺锂和/或双三氟甲基磺酰亚胺锂。通过六氟磷酸锂、二氟磷酸锂和双(氟磺酰)亚胺锂的共同作用，可保证电解液有较高的离子电导率的同时改善高温性能。
[0010]进一步的，所述添加剂占电解液的质量百分比为1～10％。
[0011]进一步的，所述添加剂包括氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、1,3
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丙磺酸内酯和1,3,6
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己烷三腈中的一种或多种。其中，氟代碳酸乙烯酯为一种良好的负极成膜添加剂，有利于延长循环寿命，但在50℃以上容易分解产生氟化氢，一方面使得高温循环变差，另一方面产气容易，而通过结合本申请的非水有机溶剂可减弱氟代碳酸乙烯酯高温产气影响。碳酸亚乙烯酯为一种良好的负极成膜添加剂，在负极形成致密均匀的SEI膜，提高电池的一致性和循环性能，但是其负极的成膜阻抗太大，低温0℃以下放电能力差，而通过结合本专利技术非水有机溶剂中的乙酸丙酯、丙酸丙酯、丙酸乙酯等线性羧酸酯可克服低温放电能力差的问题。1,3
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丙磺酸内酯，一种良好的正极成膜添加剂，可提升锂离子电池的高温循环和存储性能。1,3,6
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己烷三腈，是一种正极成膜保护添加剂，具有络合正极过渡金属离子的能力，能够改善锂离子电池的高温存储性能，提升电池的安全性能。
[0012]进一步的，所述添加剂包括占电解液的质量百分比为3～5％的氟代碳酸乙烯酯、0.5～1.2％的碳酸亚乙烯酯、1～2％的1,3
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丙磺酸内酯和0.5～1.5％的1,3,6
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己烷三腈。
[0013]本专利技术的第二方面提供了一种锂离子电池，包括正极材料、负极材料和电解液，所述电解液为前述的电解液。本专利技术的电解液引入不同熔点和沸点的非水有机溶剂，可使于
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40～95℃的极限温度下，锂离子电池仍具有较佳的高低温性能。
[0014]进一步的，所述正极材料为镍钴锰氧化物或镍钴铝氧化物，且所述镍钴锰氧化物的化学本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽温型锂离子电池电解液，包括锂盐、非水有机溶剂和添加剂，其特征在于，所述非水有机溶剂包括第一碳酸酯、第二碳酸酯、第三碳酸酯、第四碳酸酯和羧酸酯，所述第一碳酸酯为碳酸二甲酯，且所述第一碳酸酯占所述非水有机溶剂体积的百分比为39～51％，所述第二碳酸酯为碳酸丙烯酯，且所述第二碳酸酯占所述非水有机溶剂体积的百分比为10～15％，所述第三碳酸酯为碳酸乙烯酯，且所述第三碳酸酯占所述非水有机溶剂体积的百分比为8～15％，所述第四碳酸酯为碳酸甲乙酯和/或碳酸二乙酯，且所述第四碳酸酯占所述非水有机溶剂体积的百分比为8～10％，所述羧酸酯为乙酸丙酯、丙酸丙酯和丙酸乙酯中的一种或多种，且所述羧酸酯占所述非水有机溶剂体积的百分比为19～26％。2.如权利要求1所述的宽温型锂离子电池电解液，其特征在于，所述锂盐占电解液的质量百分比为10～20％。3.如权利要求1所述的宽温型锂离子电池电解液，其特征在于，所述锂盐包括六氟磷酸锂、二氟磷酸锂、双(氟磺酰亚胺)锂和双三氟甲基磺酰亚胺锂中的一种或多种。4.如权利要求1所述的宽温型锂离子电池电解液，其特征在于，所述锂盐包括占电解液的质量百分比为11.25～15％的六氟磷酸锂、0.3～1％的二氟磷酸锂和0.5～1％的亚胺锂盐，所述亚胺锂盐为双(氟磺酰)亚胺锂和/或双三氟甲基磺酰亚胺锂。5.权利要求1所述的宽温型锂离子电池电解液，其特征在于，所述添加剂占电解液的质量百分比为1～10％。6.权利要求1所述的宽温型锂离子电池电解液，其特征在于，所述添加剂包括氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、1,3
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丙磺酸内酯和1,3,6
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己烷三腈中的一种或多种。7.权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵悠曼，高学友，林梓泉，袁庆华，李红娜，
申请(专利权)人：东莞市创明电池技术有限公司，
类型：发明
国别省市：