[发明专利]一种低温锂离子电池电解液及锂离子电池

说明书

本发明涉及锂电池技术领域，特别是涉及一种低温锂离子电池电解液，所述低温锂离子电池电解液含有三氟代短碳链酯。使用三氟代短碳链酯类作为电解液共溶剂，可以降低SEI膜中有机碳链的长度，从而降低低温下SEI膜阻抗和电荷迁移内阻，提高锂盐在电解液中的溶解度，可以通过氟化提高电解液极性，形成的SEI膜极性更强，锂离子的低温脱嵌性能更好，提高电子迁移率和循环性能，可以增强电池的低温性能。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，特别是涉及一种低温锂离子电池电解液。

背景技术

随着能源与环境问题的日益突出以及现代科技的快速发展,社会对电池的性能提出了更高的要求。锂离子电池以其工作电压高、能量密度大、循环寿命长、自放电小、无记忆效应和“绿色”环保等优点而成为移动电源的首选。锂离子电池以其工作电压高、能量密度大和循环寿命长等优点，成为目前新能源领域的研究热点。锂离子电池因具有高额定电压、高比能量、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应以及环境友好等优点而成为移动电话、笔记本电脑、便携式测量仪、小型摄像机等电子装置小型轻量化的理想电源。近年来，锂离子电池也被视为下一代电动汽车和混合动力汽车的最具前景的能源器件。

锂离子电池在正常使用条件下通常是安全的，但是其耐热扰动能力差，存在严重的安全隐患。众所周知，电解液承载着正负极之间锂离子的运输功能，而目前商业化的电解液主要是以六氟磷酸锂(LiPF6)为锂盐，以碳酸乙烯酯(EC)以及线性碳酸酯(如碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)和碳酸甲乙酯(EMC))为溶剂构成。这类电解液虽然有着较高的电导率，但由于LiPF6易与溶剂中的微量水反应，生成的HF会造成过渡金属的溶解，从而导致电极材料结构的改变以及电池容量的衰退。同时，LiPF6的热稳定性不好，热分解温度在70℃左右，这使得锂离子电池的应用范围受到了温度条件的限制。此外，这类电解液中含有的线性碳酸酯通常具有低闪点的特点，使得电池在滥用或受热情况下电解液易发生燃烧、爆炸等事故。近年来，为了提高锂离子电池的电化学性能和安全性能，开发难燃甚至不燃的高性能电解液已成为该领域的研究热点。因而，使用新型的锂离子电池电解液，探索更安全更稳定的电解液组成系统，是管理和控制锂离子电池安全问题的有效途径。

中国专利CN103827416A中提出了一类非水电解液，电解液中以环状碳酸酯和线性碳酸酯为主溶剂，以磷腈化合物，氟化溶剂以及有机磷酸酯或有机膦酸酯为阻燃共溶剂或添加剂。该电解液虽然一定程度的降低了现有商业化电解液的易燃性，但是由于其体系中仍然含有高度易燃的线性碳酸酯，使得其电解液体系的安全水平依旧不高，其次该电解液至少含有四种溶剂，成分较复杂，对应的电池循环性能均比商业化电解液的电池性能差，这些缺点都限制该电解液的实际应用。而本发明所述电解液体系由高闪点溶剂组成，具有较高的安全水平，其次电解液由两种溶剂和一种锂盐组成，成分简单，且对应的电池的室温和高温循环性能均优于商业化电解液的电池性能，具有较大的应用潜力。

目前针对高温锂电池电解液的研究已经相当成熟，而相对于锂电池的低温技术尚未完全成熟，其中一个重要原因是电解液与正负极形成的SEI膜发生相变，有机长碳链和锂结合后导致阻抗增加，同时电解液在低温条件下粘度增大，导致锂离子在电解液和SEI膜中迁移率降低，脱嵌更困难。通过降低锂电池低温下SEI膜和电解液阻抗，提高锂离子的迁移率和脱嵌能力，对于提高电池的低温性能具有十分重要的实际意义。

发明内容

针对目前在低温条件下，电解液与正负极形成的SEI膜发生相变，有机长碳链和锂结合后导致阻抗增加，同时电解液在低温条件下粘度增大，导致锂离子在电解液和SEI膜中迁移率降低，脱嵌更困难的缺陷，本发明的目的是提供一种低温锂离子电池电解液，可以降低SEI膜中有机碳链的长度，从而降低低温下SEI膜阻抗和电荷迁移内阻。

为实现上述问题，本发明采用以下技术方案：

一种低温锂离子电池电解液，包括非水电解液、电解质和低温添加剂，所述低温添加剂为三氟代短碳链酯。