[发明专利]一种兼顾高低温性能的磷酸铁锂锂离子电池的电解液

说明书

本发明公开了一种兼顾高低温性能的磷酸铁锂锂离子电池的电解液，涉及锂离子电池技术领域，所述电解液包括锂盐、高低温添加剂、其它添加剂、非水溶剂；其中，高低温添加剂为全氟二苯醚衍生物，其结构式为：本发明利用二苯醚在磷酸铁锂正极表面氧化电位低的特性，对其结构进行设计，以氟原子取代氢原子，防止其分解时产生游离质子，并引入二丁基甲基磷基团作为游离酸吸收剂，得到一种新的全氟二苯醚衍生物。将该全氟二苯醚衍生物作为添加剂加入到电解液中，该添加剂可在磷酸铁锂正极表面氧化形成低聚物保护膜，同时其分解产物可以发挥除酸剂的作用，避免正极侵蚀，提高电池高温性能，有效提高电池的高低温放电性能和循环性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种兼顾高低温性能的磷酸铁锂锂离子电池的电解液。

背景技术

锂离子电池由于其能量密度高、工作电压高、可靠性好、成本较低等优势，被广泛运用于小型电子产品、电动汽车、大规模储能等领域。我国幅员辽阔，南北跨度大，局部地区全年温差可达30℃；加上动力电池在使用中产热造成的温升，我国电动汽车中的锂离子电池可预见的工作、储存温度大概在-10～50℃之间。设计出高低温性能兼顾的锂离子电池体系，对于锂离子电池的应用，尤其是混合动力以及纯电动汽车的普及推广具有必要性和紧迫性。

低温环境对于锂离子电池运作的影响主要体现在以下几个方面：第一，在低温下的充放电过程中，电极、SEI膜、电解液以及上述各相之间的界面等各处的物质、电荷转移速率都会降低；第二，电解液中的溶剂在低温下粘度升高或凝固，离子电导率降低；第三，低温下电极材料在脱锂嵌锂过程中伴随的结构变化受阻，导致脱/嵌锂不完全；第四，电解液成分在低温下化学、电化学稳定性降低，发生分解副反应；第五，SEI膜机械强度受到温度影响，在低温循环过程中可能会多次破裂形成二次SEI膜，膜厚度增加使得阻抗上升，同时额外消耗电解液有效成分。上述因素相互联系，共同作用，最终导致锂离子电池在低温下容量、功率降低。而高温环境对于锂离子电池的影响，除了使电解液中的易挥发组分气化，导致电芯膨胀，引发安全问题之外，还会损害电极，导致容量降低，寿命缩短。对于磷酸铁锂电池，铁溶出现象会导致电极有效物质损失，甚至会形成铁沉积，造成电性能和安全性能的下降。而高温和电解液中的游离酸是造成铁溶出的主要因素。要提高电池的高温性能，其中一个思路就是添加可以在正极表面形成稳定保护膜(CEI)的添加剂。此外，抑制电解液中的游离酸也可以有效延长电芯的循环寿命。

为了解决锂离子电池在高温和低温环境下面临的上述问题，从电池系统设计、电极材料等方面入手，已经发展出诸多解决方案。而电解液作为锂离子电池重要组成部分，低温性能研究主要着眼于扩大溶剂的液态温度区间和加入低温添加剂。其中，扩大溶剂液态范围可以通过优化溶剂组合实现，如加入熔点更低的醋酸甲酯、醋酸乙酯、丁酸甲酯、碳酸二乙酯等作为稀释剂或共溶剂。同时也必须考虑溶剂在低温下的粘度，离子电导率和介电常数。低温添加剂则主要用于形成厚度薄、离子电导率高，且低温下稳定的SEI膜；其中，包括氟代长链酯和氟磺酰亚胺在内的各种含氟添加剂被普遍认为是有利于锂离子电池低温运作的，因为可以帮助形成离子电导率更高的SEI膜。对于高温性能的提升，已有的研究方向主要集中在正极保护添加剂的开发。但是对于磷酸铁锂正极，由于工作电压不高(相比于钴酸锂和三元正极)，鲜有合适的氧化成膜添加剂。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种兼顾高低温性能的磷酸铁锂锂离子电池的电解液，其成分中添加有具有全氟二苯醚结构的高低温添加剂，其可在磷酸铁锂正极表面氧化形成低聚物保护膜，同时其分解产物可以发挥除酸剂的作用，避免正极侵蚀，提高电池高温性能。

本发明提出的一种兼顾高低温性能的磷酸铁锂锂离子电池的电解液，包括锂盐、高低温添加剂、其它添加剂、非水溶剂；其中，高低温添加剂为全氟二苯醚衍生物，其结构式如式(Ⅰ)所示：

上述全氟二苯醚衍生物的制备方法如下：

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