一种低温电解液和低温锂离子电池制造技术

本发明专利技术提供了一种低温电解液和低温锂离子电池，所述低温电解液由锂盐

【技术实现步骤摘要】
一种低温电解液和低温锂离子电池


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，尤其是涉及一种低温电解液和低温锂离子电池
。

技术介绍

[0002]锂离子电池因其高能量密度
、
长使用寿命
、
无记忆效应
、
便于携带等众多优势而获得了广泛应用
。
然而，传统的锂离子电池工作温度在
‑
20℃
‑
+55℃
之间，当使用温度降低时，电池的各项性能就会急剧衰降
。
导致低温下性能衰降的主要原因在于：在低温环境下，锂离子电池中各组成部分的活性大大降低，参与电化学反应的电子和离子这两类载流子的传导率都大幅降低，电荷转移阻抗显著增大，尤其是被称为锂离子电池“血液”的电解液，其粘度会随着温度的降低而显著增大
。
[0003]目前商用的锂离子电池电解液以碳酸酯为主溶剂，当环境温度降低至
‑
40℃
及以下时将逐渐凝结成固态，导致锂离子无法迁移
。
因此，低温下电池中正
/
负两极中固液两相及两相界面间的电化学反应过程迟缓，产生严重的电化学极化
、
欧姆极化
、
浓差极化，最终导致电池无法使用
。
目前，
3C
类电子产品用锂离子电池只能在
‑
20℃
及以上温度使用，车用动力电池最低使用温度可降低至
‑
30℃。
当应用于对锂离子电池低温性能提出更高要求的特殊领域时，一般是对电解液进行改良，如增加低熔点低粘度的线性碳酸酯
EMC、
羧酸酯
EA
或
EP
的含量，应用
FEC、DTD、LiODFB
等低阻抗成膜添加剂替代
VC、PS
等传统成膜添加剂等方案，使其工作温度降低至
‑
40℃
‑‑
60℃。
然而，当温度进一步降低至
‑
60℃
以下，甚至达到
‑
100℃
左右时，以上对电解液的改良设计已完全无法满足要求
。
这主要缘于碳酸酯类溶剂的熔点较高，在低于
‑
50℃
的低温环境下，粘度将急剧增大，变成凝胶态或固态，失去传递锂离子的基本功能
。
如碳酸丙烯酯
(PC)
的熔点为
‑
49℃
，电导率虽高，但其粘度非常差，极低温度下的电性能较差；碳酸甲乙酯
(EMC)
容量为
‑
55℃
，粘度较虽低，但电导率非常低，极低温度下的性能也不好
。
乙酸乙酯
(EA)、
丙酸乙酯
(EP)、
丙酸丙酯
(PP)
是目前用于改善锂离子电池低温性能的三种羧酸酯，但其中也仅有乙酸乙酯
(EA)
的熔点最低，为
‑
84℃
左右，其他两种熔点均高于
‑
80℃。
因此，研发一种可在
‑
80℃
以下极低温度下正常工作的电解液，是现阶段亟待解决的技术问题
。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种低温电解液
。
[0005]本专利技术所要解决的另一技术问题在于提供应用上述低温电解液的低温锂离子电池
。
[0006]本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种低温电解液，由锂盐
、
溶剂
、
添加剂组成，所述锂盐的浓度为
0.6
‑
1.0mol/L
，添加剂的质量总占比为
0.1
％
‑
20
％，其余为溶剂，其中，
[0008]所述锂盐为双
(
三氟甲基磺酰
)
亚胺锂
(LiTFSI)、
四氟硼酸锂
(LiBF4)、
六氟磷酸锂
(LiPF6)
组成的复合锂盐，所述复合锂盐中
LiTFSI、LiBF4与
LiPF6的质量比为4‑
6:2
‑
3:2
‑3；
[0009]所述溶剂是熔点都低于
‑
95℃
的宽液程溶剂或由熔点都低于
‑
95℃
的宽液程溶剂和常规溶剂组成，其中，所述宽液程溶剂为乙酸甲酯
(MA)、
丁腈
(BN)
和亚硫酸二乙酯
(DES)
的混合物，所述乙酸甲酯
(MA)、
丁腈
(BN)
和亚硫酸二乙酯
(DES)
的质量比为
70
‑
85
：
10
‑
25
：5‑
20
，所述宽液程溶剂在所述溶剂中的质量总占比为
90
％
‑
100
％；所述常规溶剂为碳酸乙烯酯
(EC)
或
/
和碳酸丙烯酯
(PC)
，常规溶剂在所述溶剂中的质量总占比为0％
‑
10
％；
[0010]所述添加剂为低阻抗成膜添加剂
、
低温添加剂和
/
或稳定剂
。
[0011]上述宽液程溶剂的参数如下：
[0012][0013]上述低温电解液的凝固点低于
‑
100℃
，在
‑
100℃
下的离子电导率
≥0.1mS/cm、
粘度
≤10cp。
[0014]优选的，上述低温电解液，所述复合锂盐中
LiTFSI、LiBF4与
LiPF6的摩尔比为2：1：
1。
[0015]优选的，上述低温电解液，所述复合锂盐的浓度为
0.8
‑
0.9mol/L。
[0016]优选的，上述低温电解液，所述低阻抗成膜添加剂为三氟乙酸乙酯
(TFEA)、
氟代碳酸乙烯酯
(FEC)
和硫酸乙烯酯
(DTD)
中的一种或多种；所述低阻抗成膜添加剂在所述低温电解液中的总质量占比为
0.1
％～
10
％
。
[0017]优选的，上述低温电解液，所述低温添加剂为三
(
三甲基硅烷
)
硼酸酯
(TMSB)
和三氟化硼
(BF3)
气体的混合物，所述混合物中三
(
三甲基硅烷
)
硼酸酯
(TM本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种低温电解液，其特征在于：由锂盐
、
溶剂
、
添加剂组成，所述锂盐的浓度为
0.6
‑
1.0mol/L
，添加剂的质量总占比为
0.1
％
‑
20
％，其余为溶剂，其中，所述锂盐为双
(
三氟甲基磺酰
)
亚胺锂
、
四氟硼酸锂
、
六氟磷酸锂组成的复合锂盐，所述复合锂盐中双
(
三氟甲基磺酰
)
亚胺锂
、
四氟硼酸锂与六氟磷酸锂的质量比为4‑
6:2
‑
3:2
‑3；所述溶剂是熔点都低于
‑
95℃
的宽液程溶剂或由熔点都低于
‑
95℃
的宽液程溶剂和常规溶剂组成，其中，所述宽液程溶剂为乙酸甲酯
、
丁腈和亚硫酸二乙酯的混合物，所述乙酸甲酯
、
丁腈和亚硫酸二乙酯的质量比为
70
‑
85
：
10
‑
25
：5‑
20
，所述宽液程溶剂在所述溶剂中的质量总占比为
90
％
‑
100
％；所述常规溶剂为碳酸乙烯酯或
/
和碳酸丙烯酯，常规溶剂在所述溶剂中的质量总占比为0％
‑
10
％；所述添加剂为低阻抗成膜添加剂
、
低温添加剂和
/
或稳定剂
。2.
根据权利要求1所述的低温电解液，其特征在于：所述复合锂盐中双
(
三氟甲基磺酰
)
亚胺锂
、
四氟硼酸锂与六氟磷酸锂的摩尔比为2：1：
1。3.
根据权利要求1所述的低温电解液，其特征在于：所述复合锂盐的浓度为
0.8
‑
0.9mol/L。4.
根据权利要求1所述的低温电解液，其特征在于：所述低阻抗成膜添加剂为三氟乙酸乙酯
、
氟代碳酸乙烯酯和硫酸乙烯酯中的一种或多种；所述低温添加剂为三
(
三甲基硅烷
)
硼酸酯和三氟化硼气体的混合物，所述混合物中三
(
三甲基硅烷
)
硼酸酯与三氟化硼的质量比为
50
‑
99
：1‑
50
；所述稳定剂由吡啶
、
二氟磷酸锂和氟代醚
1,1,2,2
‑
四氟乙基
‑
2,2,3,3
‑
四氟丙基醚组成，所述吡啶
、
二氟磷酸锂和氟代醚
1,1,2,2
‑
四氟乙基
‑
2,2,3,3
‑
四氟丙基醚的质量比为
0.1
‑3：
0.1
‑1：
0.1
‑
5。5.
权利要求1所述低温电解液的制备方法，其特征在于：向溶剂中加入配方量的复合锂盐，待溶解完全后，再加入配方量的添加剂，合均匀即得
。6.
根据权利要求5所述的低温电解液的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：在水分含量低于
10ppm
的氩气保护气氛下，取乙酸甲酯
、
丁腈
、
亚硫酸二乙酯混合，搅拌
10
～
30min
后，加入配方量的复合锂盐，搅拌
10
‑
20min
，待溶解完全后，再加入配方量的添加剂，搅拌
15
～
25min
混合均匀即得
。7.
根据权利要求5或6...

【专利技术属性】
技术研发人员：阳晓霞，张冠军，冯辉，王伯良，陈欣，
申请(专利权)人：天津蓝天特种电源科技股份公司，
类型：发明
国别省市：