一种电解液和锂离子电池制造技术

本发明专利技术公开了一种电解液和锂离子电池。本发明专利技术的电解液包括溶剂、锂盐和添加剂；所述溶剂包括环状碳酸酯、线性碳酸酯和乙酸乙酯；所述环状碳酸酯占所述溶剂总量的质量百分比为5

【技术实现步骤摘要】
一种电解液和锂离子电池


[0001]本专利技术涉及一种电解液和锂离子电池。

技术介绍

[0002]当前锂离子电池普遍面临低温条件下，能量密度和功率密度大幅降低的问题。常见的锂离子电池，溶剂采用碳酸乙烯酯(EC)和碳酸丙烯酯(PC)等环状碳酸酯和碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二乙酯(DEC)等线性碳酸酯；锂盐主要采用六氟磷酸锂(LiPF6)。一方面，由于溶剂熔点较高、粘度大，这种组合的电解液的低温性能往往较差。另一方面，目前专注于低温的电解液往往在高温性能方面有所缺陷，电池的高低温性能难以同时兼顾。
[0003]碳酸乙烯酯的相对介电常数为89，大于碳酸丙烯酯的相对介电常数，从而有助于六氟磷酸锂的解离，提高电解液的离子电导率。另外，碳酸乙烯酯在负极侧分解电位较碳酸丙烯酯高，可优先参与形成固态电解质膜SEI，显著改善锂离子电池循环性能。因此，碳酸乙烯酯已经成为常规商业电解液不可或缺的溶剂组分。
[0004]然而碳酸乙烯酯的凝固点高(熔点在35
‑
38℃)，在低温条件下，如零下40℃，很容易析出造成隔膜或极片孔隙堵塞，增大阻抗，影响电池性能。另外，碳酸乙烯酯的析出也会导致混合溶剂的相对介电常数下降，降低了对六氟磷酸锂的解离。为了解决这一问题，常用一些具有较低熔点的线性碳酸酯如碳酸二甲酯(熔点为4.6℃)，碳酸甲乙酯(熔点为
‑
53℃)或者碳酸二乙酯(熔点为
‑
74.3℃)来部份取代碳酸乙烯酯，从而降低混合溶剂的熔点。但碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯的介电常数分别只有3.12，2.96和2.82。高含量低介电常数溶剂的引入，显然不利于六氟磷酸锂的解离，从而降低电解液的离子电导率，影响电池低温性能。
[0005]在低温电解液体系中，短链线性碳酸酯(如碳酸二甲酯)和羧酸酯的含量较高，添加剂的含量较少。而短链碳酸酯和羧酸酯的化学稳定性和电化学稳定性较低，当石墨负极表面没有添加剂保护时，容易在石墨负极发生副反应，反而恶化电池的高温性能和循环性能。所以，锂离子电池的低温性能和高温性能往往难以兼顾。在目前的技术进展阶段，兼顾锂离子电池的低温性能和高温性能是电解液和电池设计中的主要挑战。

技术实现思路

[0006]为了克服由现有技术中的电解液制得的锂离子电池高低温性能难以同时兼顾的缺陷，本专利技术提供了一种电解液和锂离子电池。本专利技术的电解液可有效提高电解液的离子电导率、降低电池直流电阻，使得锂离子电池在低温条件下仍然有较高的放电容量保持率，同时又兼顾了电池高温性能。
[0007]本专利技术通过在高含量线性碳酸酯、乙酸乙酯(EA)组合的低温电解液体系中，通过加入适量的添加剂三(三甲基硅烷)磷酸酯(TMSP)，可选地含有双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)，进一步降低电池的低温阻抗，同时提升电池的高温稳定性，即达到在提升电池高温性能的同
时保证电池具有良好的低温性能。
[0008]第一方面，本专利技术提供了一种电解液，包括溶剂、锂盐和添加剂；
[0009]所述溶剂包括环状碳酸酯、线性碳酸酯和乙酸乙酯；
[0010]所述环状碳酸酯占所述溶剂总量的质量百分比为5
‑
20％；所述乙酸乙酯占所述溶剂总量的质量百分比为20
‑
70％；
[0011]所述添加剂包括三(三甲基硅烷)磷酸酯，所述三(三甲基硅烷)磷酸酯占所述电解液总量的质量百分比为0.1
‑
0.7％。
[0012]第二方面，本专利技术提供了一种锂离子电池，包括负极、正极、隔离膜，以及如前所述的电解液。
[0013]本专利技术的积极进步效果在于：
[0014]本专利技术的电解液可有效提高电解液的离子电导率、降低电池直流电阻、提升电池的低温性能，使得电池在低温
‑
20℃条件下仍然有较高的放电容量保持率，兼顾电池的低温性能和高温性能。
具体实施方式
[0015]下面通过实施例的方式进一步说明本专利技术，但并不因此将本专利技术限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
[0016]在本专利技术第一方面的锂离子电池电解液中：
[0017]锂离子电池首次充放电过程中，电极材料与电解液会在固液相界面上发生反应，形成一层覆盖于电极材料表面的钝化层。这种钝化层是一种界面层，具有固体电解质的特征，是电子绝缘体却也是锂离子的优良导体，锂离子可以经过该钝化层自由地嵌入和脱出，因此这层钝化膜被称为“固体电解质界面膜”(solid electrolyte interface)，简称SEI膜。
[0018]本专利技术中，通过高含量的线性碳酸酯、羧酸酯的使用，可以降低电解液溶剂中高熔点、高粘度的环状碳酸酯的用量，有效解决电解液在低温下凝固和粘度显著增大的问题。另外，还可以配合高含量的双氟磺酰亚胺锂，双氟磺酰亚胺锂的高解离能力可以使其在介电常数较低的线性碳酸酯和羧酸酯中充分溶解和解离，进一步提高电解液的离子电导率。高含量线性碳酸酯、羧酸酯和高含量双氟磺酰亚胺锂的搭配，保证了电池在低温下仍具有较低的阻抗和较高的放电容量保持率。
[0019]另一方面，针对普通电解液高低温性能不能兼顾的问题，本专利技术在所述低温电解液中加入适量的三(三甲基硅烷)磷酸酯作为电解液添加剂，三(三甲基硅烷)磷酸酯的还原电位高于溶剂，氧化电位低于溶剂，在化成和充电时首先在正负极表面生成磷酸锂(Li3PO4)等无机SEI成分，有利于提高SEI的高温稳定性；另外，三(三甲基硅烷)磷酸酯中含有硅基团，含硅基团的引入可以中和电解液中的氢氟酸和水，从而缓解电解液和正负极的副反应，提升电池的高温性能；再者，无机成分的加入也修饰了负极SEI膜，有利于降低阻抗，改善电池低温性能。综合分析，低温电解液和三(三甲基硅烷)磷酸酯的联合使用可以提高电池的高温稳定性，同时改善电池的低温性能。
[0020]本专利技术中，所述环状碳酸酯占所述溶剂的总质量的质量百分比优选为5
‑
15％，例
如为10％。
[0021]优选地，所述环状碳酸酯选自碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯中的至少一种。
[0022]本专利技术中，所述线性碳酸酯占所述溶剂总量的质量百分比可为25
‑
60％，优选为30
‑
40％。
[0023]优选地，所述线性碳酸酯包括碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯中的一种或多种。
[0024]本专利技术中，所述乙酸乙酯占所述溶剂总量的质量百分比优选为40
‑
70％，例如为45％或60％。
[0025]本专利技术中，所述三(三甲基硅烷)磷酸酯占所述电解液总量的质量百分比优选为0.1
‑
0.5％。
[0026]本专利技术中，所述锂盐优选包括双氟磺酰亚胺锂。双氟磺酰亚胺锂的高解离能力可以使其在介电常数较低的线性碳酸酯和羧酸酯中充分溶解和解离，进一步提高电解液的离子电导率。
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电解液，其特征在于，包括溶剂、锂盐和添加剂；所述溶剂包括环状碳酸酯、线性碳酸酯和乙酸乙酯；所述环状碳酸酯占所述溶剂总量的质量百分比为5
‑
20％；所述乙酸乙酯占所述溶剂总量的质量百分比为20
‑
70％；所述添加剂包括三(三甲基硅烷)磷酸酯，所述三(三甲基硅烷)磷酸酯占所述电解液总量的质量百分比为0.1
‑
0.7％。2.如权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述锂盐包括双氟磺酰亚胺锂，占所述电解液总量的质量百分比8
‑
20％。3.如权利要求2所述的电解液，其特征在于，所述锂盐还包括除所述双氟磺酰亚胺锂以外的第二锂盐，占所述电解液总量的质量百分比≤10％。4.如权利要求1
‑
3中任一项所述的电解液，其特征在于，所述环状碳酸酯占所述溶剂总量的质量百分比为5
...

【专利技术属性】
技术研发人员：余乐，史磊，
申请(专利权)人：远景睿泰动力技术上海有限公司远景动力技术湖北有限公司远景动力技术鄂尔多斯市有限公司，
类型：发明
国别省市：