一种适用于低温环境放电的锂离子二次电池电解液

摘要

本发明公开了一种适用于低温环境放电的锂离子二次电池电解液，本发明的有益效果：本发明的电解液组装成锂离子二次电池，在‑40℃环境下以0.2C倍率放电可放出常温容量的80%以上，且性能稳定，0.5C倍率充放电循环寿命可达到1500次容量保持率可达70%以上，同时电解液溶剂采用四元体系，可以应用于多种正极材料体系，也可以应用于多种负极材料体系，扩大了电解液的使用范围。

权利要求

1.一种适用于低温环境放电的锂离子二次电池电解液，其特征在于，包括电解质、主溶剂和添加剂，将主溶剂和添加剂的混合物命名为组分一，所述主溶剂包括相对于组分一重量百分比的碳酸二甲酯（DMC）10.0%～20.0%、碳酸乙烯酯（EC）10.0%～20.0%、乙酸乙酯（EA）

25.0%～35.0%和1-4-丁二酯（GBL）25.0%～35.0%，所述添加剂包括相对于组分一重量百分比的亚硫酸乙烯酯（ES）1%～3%、碳酸亚乙烯酯（VC）1%～3%、1,3-丙烷磺内酯（PS）0.5%～

2.0%、苯甲醚0.1%～0.5%、氟代碳酸乙烯酯（FEC）0.5%～2.0%、N,N-二甲基三氟乙酰（DTA）

1.0%～2.0%、2,2-二苯丙烷0.4%～2.0%和己二腈0.1%～0.5%，所述电解质包括相对于组分一摩尔浓度的六氟磷酸锂（LiPF6）0.6～1.0mol/L和二草酸硼酸锂（LiBOB）0.3～0.7 mol/L。

说明书

一种适用于低温环境放电的锂离子二次电池电解液

技术领域

[0001] 本发明涉及锂电池技术领域，具体来说，涉及一种适用于低温环境放电的锂离子二次电池电解液。

背景技术

[0002] 随着锂离子电池应用的迅速发展，锂电池技术正在进一步深入到军用、航空等技术领域，这些领域要求锂离子电池的低温使用范围在-40℃以下，目前商品化的锂离子电池已经很难满足要求，主要原因之一就是低温环境下电解液部分溶剂凝固，锂在电极和电解液界面间扩散和电荷移动缓慢，导致导电率低，同时在低温环境下电解液对隔膜的浸润性以及锂离子对隔膜的穿透性差。

[0003] 目前常用的电解液其凝固点在-30℃，性能远不能满足军工、航空等低温领域的实际要求，电解液在实际生产过程中各组分比例没经过系列优化，存在适用范围小、浸润性较差、低温放电性能差、循环性能差的问题。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种适用于低温环境放电的锂离子二次电池电解液，以克服目前现有技术存在的上述不足。

[0005] 为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

[0006] 一种适用于低温环境放电的锂离子二次电池电解液，包括电解质、主溶剂和添加剂，将主溶剂和添加剂的混合物命名为组分一，所述主溶剂包括相对于组分一重量百分比的碳酸二甲酯（DMC）10.0%～20.0%、碳酸乙烯酯（EC）10.0%～20.0%、乙酸乙酯（EA）25.0%～35.0%和1-4-丁二酯（GBL）25.0%～35.0%，所述添加剂包括相对于组分一重量百分比的亚硫酸乙烯酯（ES）1%～3%、碳酸亚乙烯酯（VC）1%～3%、1,3-丙烷磺内酯（PS）0.5%～2.0%、苯甲醚
0.1%～0.5%、氟代碳酸乙烯酯（FEC）0.5%～2.0%、N,N-二甲基三氟乙酰（DTA）1.0%～2.0%、2,
2-二苯丙烷0.4%～2.0%和己二腈0.1%～0.5%，所述电解质包括相对于组分一摩尔浓度的六氟磷酸锂（LiPF6）0.6～1.0mol/L和二草酸硼酸锂（LiBOB）0.3～0.7 mol/L。

[0007] 本发明的有益效果：本发明的电解液组装成锂离子二次电池，在-40℃环境下以0.2C倍率放电可放出常温容量的80%以上，且性能稳定，0.5C倍率充放电循环寿命可达到
1500次容量保持率可达70%以上，同时电解液溶剂采用四元体系，可以应用于多种正极材料体系，如：钴酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂，也可以应用于多种负极材料体系，如：人造石墨、天然石墨、硅碳负极材料，扩大了电解液的使用范围。

具体实施方式

[0008] 下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0009] 实施例1：

[0010] 一种适用于低温环境放电的锂离子二次电池电解液，包括电解质、主溶剂和添加剂，将主溶剂和添加剂的混合物命名为组分一，所述主溶剂包括相对于组分一重量百分比的碳酸二甲酯（DMC）10.0%、碳酸乙烯酯（EC）20.0%、乙酸乙酯（EA）35.0%和1-4-丁二酯（GBL）25.0%，所述添加剂包括相对于组分一重量百分比的亚硫酸乙烯酯（ES）3%、碳酸亚乙烯酯（VC）1%、1,3-丙烷磺内酯（PS）2%、苯甲醚0.5%、氟代碳酸乙烯酯（FEC）2.0%、N,N-二甲基三氟乙酰（DTA）1.0%、2,2-二苯丙烷0.4%和己二腈0.1%，所述电解质包括相对于组分一摩尔浓度的六氟磷酸锂（LiPF6）0.6/L和二草酸硼酸锂（LiBOB）0.7 /L。

[0011] 实施例2：

[0012] 一种适用于低温环境放电的锂离子二次电池电解液，包括电解质、主溶剂和添加剂，将主溶剂和添加剂的混合物命名为组分一，所述主溶剂包括相对于组分一重量百分比的碳酸二甲酯（DMC）13%、碳酸乙烯酯（EC）14%、乙酸乙酯（EA）32%和1-4-丁二酯（GBL）32%，所述添加剂包括相对于组分一重量百分比的亚硫酸乙烯酯（ES）2%、碳酸亚乙烯酯（VC）2%、1,3-丙烷磺内酯（PS）1.2%、苯甲醚0.3%、氟代碳酸乙烯酯（FEC）1.0%、N,N-二甲基三氟乙酰（DTA）1.2%、2,2-二苯丙烷1.0%和己二腈0.3%，所述电解质包括相对于组分一摩尔浓度的六氟磷酸锂（LiPF6）0.8mol/L和二草酸硼酸锂（LiBOB）0.5 mol/L。

[0013] 实施例3：

[0014] 一种适用于低温环境放电的锂离子二次电池电解液，包括电解质、主溶剂和添加剂，将主溶剂和添加剂的混合物命名为组分一，所述主溶剂包括相对于组分一重量百分比的碳酸二甲酯（DMC）20.0%、碳酸乙烯酯（EC）10.0%、乙酸乙酯（EA）25.0%和1-4-丁二酯（GBL）35.0%，所述添加剂包括相对于组分一重量百分比的亚硫酸乙烯酯（ES）1%、碳酸亚乙烯酯（VC）3%、1,3-丙烷磺内酯（PS）0.5%、苯甲醚0.5%、氟代碳酸乙烯酯（FEC）0.5%、N,N-二甲基三氟乙酰（DTA）2.0%、2,2-二苯丙烷2.0%和己二腈0.5%，所述电解质包括相对于组分一摩尔浓度的六氟磷酸锂（LiPF6）1.0mol/L和二草酸硼酸锂（LiBOB）0.3 mol/L。

[0015] 电解液的配置过程如下：

[0016] 按照配方要求，主溶剂和添加剂按照质量百比按照配方配置成混合溶液，记录体积为V1，锂盐按照摩尔体积比加入，先按配方要求将要加入的锂盐通过摩尔浓度和密度换算成质量；

[0017] 先将主溶剂精馏，目的为去除杂质和提纯然后分别通过管道打计量罐中，计量罐自身具有计量重量的功能；

[0018] 通过计量罐按照重量比分别依次将碳酸二甲酯（DMC）、碳酸乙烯酯（EC）、乙酸乙酯（EA）、1-4-丁二酯（GBL）加入到反应釜中，加入此三种主溶剂后在常温下搅拌0.5至1小时，在此搅拌过程中整个过程中需要氩气（纯度大于99.999%）保护，保护气压为1.02 1.08MPa，~监控水含量，水含量应该低于10ppm；

[0019] 通过计量罐将六氟磷酸锂加入到反应釜中，搅拌1小时，再加入二草酸硼酸锂（LIBOB）搅拌1.5 2.5小时，反应过程中保护气压为1.02 1.08MPa，监控水和氢氟酸含量，水~ ~含量低于10ppm，氢氟酸（HF）含量低于20ppm；

[0020] 通过计量罐按照重量比分别依次将亚硫酸乙烯酯（ES）、碳酸亚乙烯酯（VC）、1,3-丙烷磺内酯（PS）、苯甲醚、氟代碳酸乙烯酯（FEC）、(N,N-二甲基三氟乙酰)DTA、2,2-二苯丙烷、己二腈加入到反应釜中，搅拌0.5-2小时，反应过程中保护气压为1.02 1.08MPa，监控水~和氢氟酸含量，水含量低于10ppm，氢氟酸（HF）含量低于20ppm；

[0021] 最后将配成的电解液注入电芯内部即可。

[0022] 综上所述，借助于本发明的上述技术方案，本发明的电解液组装成锂离子二次电池，在-40℃环境下以0.2C倍率放电可放出常温容量的80%以上，且性能稳定，0.5C倍率充放电循环寿命可达到1500次容量保持率可达70%以上，同时电解液溶剂采用四元体系，可以应用于多种正极材料体系，如：钴酸锂、磷酸铁锂，也可以应用于多种负极材料体系，如：人造石墨和少量的天然石墨，扩大了电解液的使用范围。

[0023] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。