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CN105047996B - 一种锂离子电池低温电解液及锂离子电池 - Google Patents

一种锂离子电池低温电解液及锂离子电池 Download PDF

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Abstract

本发明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。本发明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。本发明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。

Description

一种锂离子电池低温电解液及锂离子电池
技术领域
本发明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。
背景技术
锂离子二次电池自商业化以来，电池性能得到了不断的提高，如能量密度、功率密度、循环性能、大倍率放电性能等都取得了显著的提升。随着锂离子电池领域新材料和新技术的不断研究和应用，锂离子电池的安全性也得到了极大的提高。锂离子电池性能的不断提升，促进了锂离子电池在越来越多的领域得到了广泛的应用。但是，随着锂离子电池应用范围的越来越广泛，其对应用环境的适应能力较差的问题日益突出。如锂离子电池在低温环境下的充放电性能较差，特别是在寒冷地区，冬天气温在零下三十多度的环境中，锂离子电池几乎无法正常使用，导致其在气温较低的地方的使用受到很大影响，其应用范围也受到了地域的限制。为了解决锂离子电池低温充放电性能差的问题，在实际应用时，采用的方法有对电池加热、营造恒温小环境、避免低温户外使用时间等。这些方法中，对电池加热或者营造恒温环境都会使锂离子电池的使用成本增加，而避免低温使用则会影响电池的正常使用。
为了提高锂离子电池的低温性能，又避免增加成本和对电池的使用造成限制，研究开发能够提高锂离子电池低温性能的电池材料成为了较为理想的解决办法。其中，以锂离子电池低温电解液对提高锂离子低温性能具有最为明显的作用。公开号为CN101017918A的中国发明专利公开了一种能超低温放电的锂离子电池的电解液，其电解液采用六氟磷酸锂、四氟硼酸锂和溶剂混合而成，溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、二甲氧基乙烷。该电解液在一定程度上提高了锂离子电池的低温性能，但是其在-40℃低温环境下的放电性能仍然较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种-40℃低温放电性能良好的锂离子电池低温电解液及锂离子电池。
为了实现以上目的，本发明的锂离子电池低温电解液的技术方案如下：
一种锂离子电池低温电解液，由如下重量百分比的组分组成：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。
本发明中电解液溶剂为本领域常用的电解液溶剂，为了实现更好的低温性能，本发明的电解液溶剂优选为由如下重量百分比的组分组成：5-30％的碳酸二甲酯，20-30％的碳酸乙烯酯，15-30％的碳酸甲乙酯，8-30％的碳酸二丁酯。
为了进一步提高电解液的低温性能，本发明的锂离子电池低温电解液可以优选为由如下重量百分比的组分组成：5-20％的六氟磷酸锂，0.3-1％的氟化锂，0.2-3％的四氟硼酸锂，5-30％的碳酸二甲酯，20-30％的碳酸乙烯酯，15-25％的碳酸甲乙酯，8-30％的碳酸二丁酯，2-5％的碳酸亚乙烯酯，2-5％的丙酸乙酯，1-3.7％的乙酸乙酯。
为了进一步提高电解液的低温性能，本发明的锂离子电池低温电解液可以优选为由如下重量百分比的组分组成：5-20％的六氟磷酸锂，0.5-1％的氟化锂，0.2-2％的四氟硼酸锂，5-30％的碳酸二甲酯，20-26.5％的碳酸乙烯酯，15-25％的碳酸甲乙酯，8-30％的碳酸二丁酯，2-5％的碳酸亚乙烯酯，2％的丙酸乙酯，1-2％的乙酸乙酯。
为了进一步提高电解液的低温性能，本发明的锂离子电池低温电解液可以优选为由如下重量百分比的组分组成：12.5-20％的六氟磷酸锂，0.5-1％的氟化锂，1-2％的四氟硼酸锂，5-20％的碳酸二甲酯，20-25％的碳酸乙烯酯，15-18％的碳酸甲乙酯，15-30％的碳酸二丁酯，3-5％的碳酸亚乙烯酯，2％的丙酸乙酯，1-2％的乙酸乙酯。
为了进一步提高电解液的低温性能，本发明的锂离子电池低温电解液可以优选为由如下重量百分比的组分组成：20％的六氟磷酸锂，1％的氟化锂，1％的四氟硼酸锂，5％的碳酸二甲酯，20％的碳酸乙烯酯，15％的碳酸甲乙酯，30％的碳酸二丁酯，5％的碳酸亚乙烯酯，2％的丙酸乙酯，1％的乙酸乙酯。
本发明的锂离子电池的技术方案如下：
一种锂离子电池，使用上述锂离子电池低温电解液。
本发明的锂离子电池低温电解液使用六氟磷酸锂作为电解质盐，并在溶剂中添加了氟化锂、四氟硼酸锂、碳酸亚乙烯酯、丙酸乙酯及乙酸乙酯，这几种物质协同作用，大幅度提高了电解液的低温性能。本发明的锂离子电池低温电解液制得的锂离子电池在-40℃下500次循环后的容量保持率在60％以上，最高达到98％。
具体实施方式
下面结合具体实施例详细说明本发明的技术方案。
实施例1
本实施例的锂离子电池低温电解液，由如下重量百分比的组分组成：六氟磷酸锂5％，氟化锂0.3％，四氟硼酸锂0.2％，碳酸二甲酯30％，碳酸乙烯酯26.5％，碳酸甲乙酯25％，碳酸二丁酯8％，碳酸亚乙烯酯2％，丙酸乙酯2％，乙酸乙酯1％。
在充满氩气的手套箱中，控制水分<0.1ppm，氧含量<0.1ppm，将上述各组分按照比例均匀混合即得到锂离子电池低温电解液。
本实施例的锂离子电池以三元材料为正极、人造石墨为负极，将上述锂离子电池低温电解液注入电池体系，采用现有技术制备电池容量为10Ah的锂离子电池，即得。
实施例2
本实施例的锂离子电池低温电解液，由如下重量百分比的组分组成：六氟磷酸锂12％，氟化锂0.3％，四氟硼酸锂1％，碳酸二甲酯30％，碳酸乙烯酯20％，碳酸甲乙酯15％，碳酸二丁酯10％，碳酸亚乙烯酯3％，丙酸乙酯5％，乙酸乙酯3.7％。
在充满氩气的手套箱中，控制水分<0.1ppm，氧含量<0.1ppm，将上述各组分按照比例均匀混合即得到锂离子电池低温电解液。
本实施例的锂离子电池以三元材料为正极、人造石墨为负极，将上述锂离子电池低温电解液注入电池体系，采用与实施例1相同的方法制备电池容量为10Ah的锂离子电池，即得。
实施例3
本实施例的锂离子电池低温电解液，由如下重量百分比的组分组成：六氟磷酸锂12.5％，氟化锂0.5％，四氟硼酸锂2％，碳酸二甲酯20％，碳酸乙烯酯25％，碳酸甲乙酯18％，碳酸二丁酯15％，碳酸亚乙烯酯3％，丙酸乙酯2％，乙酸乙酯2％。
在充满氩气的手套箱中，控制水分<0.1ppm，氧含量<0.1ppm，将上述各组分按照比例均匀混合即得到锂离子电池低温电解液。
本实施例的锂离子电池以三元材料为正极、人造石墨为负极，将上述锂离子电池低温电解液注入电池体系，采用与实施例1相同的方法制备电池容量为10Ah的锂离子电池，即得。
实施例4
本实施例的锂离子电池低温电解液，由如下重量百分比的组分组成：六氟磷酸锂5％，氟化锂0.5％，四氟硼酸锂0.2％，碳酸二甲酯30％，碳酸乙烯酯26.5％，碳酸甲乙酯25％，碳酸二丁酯8％，碳酸亚乙烯酯2％，丙酸乙酯2％，乙酸乙酯1％。
在充满氩气的手套箱中，控制水分<0.1ppm，氧含量<0.1ppm，将上述各组分按照比例均匀混合即得到锂离子电池低温电解液。
本实施例的锂离子电池以三元材料为正极、人造石墨为负极，将上述锂离子电池低温电解液注入电池体系，采用与实施例1相同的方法制备电池容量为10Ah的锂离子电池，即得。
实施例5
本实施例的锂离子电池低温电解液，由如下重量百分比的组分组成：六氟磷酸锂15％，氟化锂1％，四氟硼酸锂3％，碳酸二甲酯10％，碳酸乙烯酯30％，碳酸甲乙酯15％，碳酸二丁酯20％，碳酸亚乙烯酯2％，丙酸乙酯2％，乙酸乙酯2％。
在充满氩气的手套箱中，控制水分<0.1ppm，氧含量<0.1ppm，将上述各组分按照比例均匀混合即得到锂离子电池低温电解液。
本实施例的锂离子电池以三元材料为正极、人造石墨为负极，将上述锂离子电池低温电解液注入电池体系，采用与实施例1相同的方法制备电池容量为10Ah的锂离子电池，即得。
实施例6
本实施例的锂离子电池低温电解液，由如下重量百分比的组分组成：六氟磷酸锂20％，氟化锂1％，四氟硼酸锂1％，碳酸二甲酯5％，碳酸乙烯酯20％，碳酸甲乙酯15％，碳酸二丁酯30％，碳酸亚乙烯酯5％，丙酸乙酯2％，乙酸乙酯1％。
在充满氩气的手套箱中，控制水分<0.1ppm，氧含量<0.1ppm，将上述各组分按照比例均匀混合即得到锂离子电池低温电解液。
本实施例的锂离子电池以三元材料为正极、人造石墨为负极，将上述锂离子电池低温电解液注入电池体系，采用与实施例1相同的方法制备电池容量为10Ah的锂离子电池，即得。
实施例7
本实施例的锂离子电池低温电解液，由如下重量百分比的组分组成：六氟磷酸锂20％，氟化锂1％，四氟硼酸锂1％，碳酸二甲酯5％，碳酸乙烯酯20％，碳酸甲乙酯15％，碳酸丙烯酯30％，碳酸亚乙烯酯5％，丙酸乙酯2％，乙酸乙酯1％。
在充满氩气的手套箱中，控制水分<0.1ppm，氧含量<0.1ppm，将上述各组分按照比例均匀混合即得到锂离子电池低温电解液。
本实施例的锂离子电池以三元材料为正极、人造石墨为负极，将上述锂离子电池低温电解液注入电池体系，采用与实施例1相同的方法制备电池容量为10Ah的锂离子电池，即得。
实施例8
本实施例的锂离子电池低温电解液，由如下重量百分比的组分组成：六氟磷酸锂10％，氟化锂3％，四氟硼酸锂5％，碳酸二甲酯5％，碳酸乙烯酯20％，碳酸甲乙酯30％，碳酸二丁酯10％，碳酸亚乙烯酯2％，丙酸乙酯10％，乙酸乙酯5％。
在充满氩气的手套箱中，控制水分<0.1ppm，氧含量<0.1ppm，将上述各组分按照比例均匀混合即得到锂离子电池低温电解液。
本实施例的锂离子电池以三元材料为正极、人造石墨为负极，将上述锂离子电池低温电解液注入电池体系，采用与实施例1相同的方法制备电池容量为10Ah的锂离子电池，即得。
实施例9
本实施例的锂离子电池低温电解液，由如下重量百分比的组分组成：六氟磷酸锂14.5％，氟化锂0.7％，四氟硼酸锂1.3％，碳酸二甲酯14％，碳酸乙烯酯22.7％，碳酸甲乙酯16％，碳酸二丁酯23％，碳酸亚乙烯酯4.2％，丙酸乙酯2％，乙酸乙酯1.6％。
在充满氩气的手套箱中，控制水分<0.1ppm，氧含量<0.1ppm，将上述各组分按照比例均匀混合即得到锂离子电池低温电解液。
本实施例的锂离子电池以三元材料为正极、人造石墨为负极，将上述锂离子电池低温电解液注入电池体系，采用与实施例1相同的方法制备电池容量为10Ah的锂离子电池，即得。
实施例1-9中的各组分及配比可参见表1。
表1
实验例
将实施例1-9中得到的锂离子电池按照如下测试方案进行测试：
1.测试温度：-40℃。
2.充放电制度为：
1)搁置5min；
2)333mA恒流放电，截止电压3.0V；
3)搁置5min；
4)4.5V恒压充电1min；
5)333mA、4.2V恒流恒压充电，截止电流200mA；
6)搁置5min。
3.循环次数：500次。
测试结果如表2所示：
表2实施例1-9中的锂离子电池-40℃下500次循环后的容量保持率
由表2中的结果可以看出，使用本发明的锂离子电池低温电解液制得的锂离子电池的循环性能得到了大幅度的提高，在-40℃下500次循环后的容量保持率在60％以上，最高达到98％。

Claims (6)

1.一种锂离子电池低温电解液，其特征在于，由如下重量百分比的组分组成：5-20％的六氟磷酸锂，0.5-1.0％的氟化锂，0.2-2％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；所述电解液溶剂由碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二丁酯组成，碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二丁酯在电解液中的重量百分比依次为5-30％、20-30％、15-30％、8-30％。
2.如权利要求1所述的锂离子电池低温电解液，其特征在于，由如下重量百分比的组分组成：5-20％的六氟磷酸锂，0.5-1.0％的氟化锂，0.2-2％的四氟硼酸锂，5-30％的碳酸二甲酯，20-30％的碳酸乙烯酯，15-25％的碳酸甲乙酯，8-30％的碳酸二丁酯，2-5％的碳酸亚乙烯酯，2-5％的丙酸乙酯，1-3.7％的乙酸乙酯。
3.如权利要求2所述的锂离子电池低温电解液，其特征在于，由如下重量百分比的组分组成：5-20％的六氟磷酸锂，0.5-1％的氟化锂，0.2-2％的四氟硼酸锂，5-30％的碳酸二甲酯，20-26.5％的碳酸乙烯酯，15-25％的碳酸甲乙酯，8-30％的碳酸二丁酯，2-5％的碳酸亚乙烯酯，2％的丙酸乙酯，1-2％的乙酸乙酯。
4.如权利要求3所述的锂离子电池低温电解液，其特征在于，由如下重量百分比的组分组成：12.5-20％的六氟磷酸锂，0.5-1％的氟化锂，1-2％的四氟硼酸锂，5-20％的碳酸二甲酯，20-25％的碳酸乙烯酯，15-18％的碳酸甲乙酯，15-30％的碳酸二丁酯，3-5％的碳酸亚乙烯酯，2％的丙酸乙酯，1-2％的乙酸乙酯。
5.如权利要求4所述的锂离子电池低温电解液，其特征在于，由如下重量百分比的组分组成：20％的六氟磷酸锂，1％的氟化锂，1％的四氟硼酸锂，5％的碳酸二甲酯，20％的碳酸乙烯酯，15％的碳酸甲乙酯，30％的碳酸二丁酯，5％的碳酸亚乙烯酯，2％的丙酸乙酯，1％的乙酸乙酯。
6.一种锂离子电池，其特征在于，使用权利要求1-5任意一项中的锂离子电池低温电解液。
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