[发明专利]一种超低温锂离子电池电解液

说明书

本发明公开了一种超低温锂离子电池电解液，属于锂离子电池技术领域，包括溶剂、锂盐和添加剂。溶剂为碳酸酯类、醚类、醋酸酯类组成的混合溶剂。锂盐为六氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂盐、二氟磷酸锂和双三氟甲烷磺酰亚胺锂组成的混合锂盐。添加剂为碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、硝酸锂和二氯甲烷组成的混合添加剂。本发明中制备的超低温电解液与常规电解液相比电导率提升了400%以上，并有效改善了锂电池负极的界面膜，降低了极化作用。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种超低温锂离子电池电解液。

背景技术

锂离子电池具有高工作电压、高比能量、长循环寿命、低自放电率和无记忆效应等优点，广泛的应用于各个领域。锂离子电池在实际应用中仍面临诸多问题，受应用环境温度的影响较大。目前锂离子电池的工作温度范围为-20~55℃，而在超低温（低于-40℃）的环境中，锂离子电池的放电容量、循环性能和倍率性能等均大幅度下降，甚至出现严重的析锂现象，带来极大的安全隐患。

在低温条件下，锂离子电池的各项性能被严重制约，主要归因于在超低温条件下，液态电解液的粘度急剧下降，离子电导率显著降低，电极界面阻抗和锂离子的迁移阻抗大幅增加，与外电路快速迁移的电子速率不匹配，造成锂离子电池内部严重的极化，大量的锂离子在负极表面沉积析出，SEI膜迅速增厚，最终导致电池失效。为拓宽锂离子电池应用领域，亟需改善锂离子电池在超低温条件下的各项性能，技术的突破点在于研发出超低温电解液。

专利文献CN109742448B涉及一种锂离子电池用低温电解液，其可使得锂离子电池具有十分优异的低温性能，在-40℃下的放电比容量达到25℃下放电比容量的至少60%，甚至可高达73%，显著优于现有由商业化的低温电解液所制得锂离子电池。同时，所述锂离子电池在-40℃下的放电电压平台高于3.2V，最高可达3.5V，同样高于由商业化的低温电解液所制得锂离子电池的电压平台（低于3.2V）。与传统电解液相比，该文献所述低温电解液所需原料成本较低、制备简单、低温性能更加优越、所制锂离子电池可使用温度范围更宽，因此适合用在各种移动电子产品、电动汽车及其他移动通信领域和军工领域的电源装置上，并且特别适合在低温环境下使用。

专利文献CN105047996B涉及一种锂离子电池低温电解液及锂离子电池，属于锂离子电池技术领域。该专利文献的锂离子电池低温电解液包括如下重量百分比的组分：5-20%的六氟磷酸锂，0.1-3%的氟化锂，0.2-5%的四氟硼酸锂，48-94.7%的电解液溶剂，2-5%的碳酸亚乙烯酯，2-10%的丙酸乙酯，1-5%的乙酸乙酯。该文献公开的锂离子电池低温电解液能够提高电解液在低温下的充放电性能和循环性能。

上述两篇专利文献公开的方案，虽然在一般性低温环境条件下电池的低温性能有所改善，但是在-60℃的超低温条件下仍然没有解决锂离子电池低温性能差的问题，因此开发在超低温的条件下应用的锂离子电解液具有重要的意义。

发明内容

本发明为了克服现有技术的不足，提供一种超低温锂离子电池电解液，提高电解液在超低温条件下离子电导率，并有效改善负极界面膜，降低电极极化。

一种超低温锂离子电池电解液，包括溶剂、锂盐和添加剂，溶剂为碳酸酯类、醚类、醋酸酯类组成的混合溶剂；锂盐为六氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂盐、二氟磷酸锂和双三氟甲烷磺酰亚胺锂组成的混合锂盐；添加剂为碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、硝酸锂和二氯甲烷组成的混合添加剂；

其中，溶剂、锂盐和添加剂在电解液中的质量占比分别为49.5%~78.5%、17.0%~45.9%和4.5%~5.1%。

溶剂的混合使用能够降低电解液在低温条件下的粘度，提高电解液在低温条件下的离子电导率；高浓度的锂盐可显著提高电解液在低温条件下的离子电导率；混合添加剂可降低锂离子在SEI膜中的扩散阻抗及电荷交替阻抗。

碳酸酯类、醚类、醋酸酯类在溶剂中的质量占比分别为60.6%~80.9%、6.4%~10.3%和12.7%~31.5%。