一种低温电解液及锂离子电池

技术领域

本发明涉及电解液技术领域，特别是涉及一种低温电解液及锂离子电池。

背景技术

低温电池可以在较低的温度下正常的进行充放电。其中，电池的电解液影响低温下电池充放电能否进行。现有技术中，低温电解液使用四氟硼酸锂作为导电剂，四氟硼酸锂对环境要求低，使用温度范围广，低温下形成的SE I膜阻抗小，故而其低温性能好，但溶解度低，在常规电解液中用量较低，常常是配合六氟磷酸锂等其他锂盐共同使用，限制了四氟硼酸锂的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低温电解液，本发明在低温下形成导电网络，提高导电性能。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：一种低温电解液，包括溶剂、锂盐和添加剂，所述锂盐包括四氟硼酸锂；

添加剂为双草酸硼酸锂(LiBOB)和硼酸三甲酯(TB)。

优选所述四氟硼酸锂在溶剂中的浓度为1至2mol/L。四氟硼酸锂1-2mol/L，锂盐用量太少，导电率不足，低温下电性能不好，锂盐用量太大，一方面成本高，另一方面，溶解锂盐所需的EMC和PC用量增加，压缩了其他溶剂用量，影响其他添加剂的使用。

优选双草酸硼酸锂(LiBOB)占溶剂的质量百分比为1％至3％；

硼酸三甲酯(TB)占溶剂的质量百分比为1％至2％。

本发明中双草酸硼酸锂(LiBOB)和硼酸三甲酯(TB)帮助电解液在低温下形成导电网络，同时在负极表面形成稳定的SEI膜，增加低温循环寿命，用量太少，达不到效果，用量太多，游离态的添加剂无法作用于锂离子传导，反而会拉低电解液整体的电导率。

优选溶剂包括链状羧酸酯乙酸乙酯(EA)和丁酸乙酯(EB)。本发明中EA和EB凝点较低，低温下可保持较高的电导率；同时，添加剂中TB为酯类物质，根据相似相溶的原理，EA和EB可以使TB更好的溶解在电解液中，更进一步促进四氟硼酸锂的溶解。

进一步优选羧酸酯乙酸乙酯(EA)和丁酸乙酯(EB)的质量相等。

优选溶剂还包括碳酸甲乙酯(EMC)，丙烯碳酸脂(PC)和二乙基碳酸脂(DEC)。本发明为了提高四氟硼酸锂在溶剂中的溶解度使用含有碳酸脂类高纯有机溶剂，包括碳酸甲乙酯(EMC)、丙烯碳酸脂(PC)和二乙基碳酸脂(DEC)，碳酸甲乙酯(EMC)含有甲基、乙基和羰基等活性反应基团，对锂盐的溶解性强、安全稳定；丙烯碳酸脂(PC)具有强极性，可协同EMC增大锂盐的溶解度，二乙基碳酸脂(DEC)是一种降粘溶剂，可以降低溶剂的粘度，以提升整体的电导率，这三种溶剂之间混合，增大四氟硼酸锂的溶解度，进而增大四氟硼酸锂的用量。

进一步优选羧酸酯乙酸乙酯(EA)、丁酸乙酯(EB)、碳酸甲乙酯(EMC)、丙烯碳酸脂(PC)和二乙基碳酸脂(DEC)的质量比为：1:1:1:1:1或者2:2:2:1:3或者2:2:3:1:2。本发明通过上述组分配合获得溶剂，最适宜溶解本发明提出的添加剂，同时低温下溶剂的粘度最低，导电率最高。

本发明的目的在于提供一种锂离子电池，本发明低温下循环性能显著提升。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：一种锂离子电池，包括本发明的低温电解液。

通过采用上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明所得电解液使用的添加剂为双草酸硼酸锂(LiBOB)和硼酸三甲酯(TB)，添加剂选择含硼物质，其中TB常用于高压体系，本发明将TB与LiBOB搭配用于低温体系，与锂盐四氟硼酸锂相互作用，三种物质都含有硼元素，其晶格间，硼元素相互吸引，形成离子缔合作用，TB与LiBOB以及四氟硼酸锂三者相互结合，形成导电网络，低温下增强体系的导电性能；

本发明提出一种四氟硼酸锂代替六氟磷酸锂的电解液，同时添加剂选择含硼物质，搭配适宜的电解液，得到一种新型电解液，此电解液低温下具有较低的粘度，较高的电导率，同时可以形成稳定的SEI膜，延长电池低温循环寿命。

从而实现本发明的上述目的。

附图说明

图1是本发明实施例1至5以及对比例所得电解液制得锂离子电池的循环曲线(-20℃，1C/1C)。

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。

实施例1

本实施例公开一种低温电解液，包括锂盐、添加剂及溶剂；具体组成和用量如下：

锂盐(在溶剂中的浓度)：四氟硼酸锂1mol/L，

添加剂(相对溶剂的质量百分比)：双草酸硼酸锂(LiBOB)1％；硼酸三甲酯(TB)1％；

溶剂的质量比：EA:EB:EMC:PC:DEC＝1:1:1:1:1。

实施例2

本实施例公开一种低温电解液，包括锂盐、添加剂及溶剂；具体组成和用量如下：

锂盐(在溶剂中的浓度)：四氟硼酸锂1.3mol/L，

添加剂(相对溶剂的质量百分比)：双草酸硼酸锂(LiBOB)1.5％；硼酸三甲酯(TB)1.2％；

溶剂的质量比：EA:EB:EMC:PC:DEC＝1:1:1:1:1。

实施例3

本实施例公开一种低温电解液，包括锂盐、添加剂及溶剂；具体组成和用量如下：

锂盐(在溶剂中的浓度)：四氟硼酸锂1.6mol/L；

添加剂(相对溶剂的质量百分比)：双草酸硼酸锂(LiBOB)1.8％；硼酸三甲酯(TB)1.5％；

溶剂的质量比：EA:EB:EMC:PC:DEC＝2:2:2:1:3。

实施例4

本实施例公开一种低温电解液，包括锂盐、添加剂及溶剂；具体组成和用量如下：

锂盐(在溶剂中的浓度)：四氟硼酸锂1.9mol/L；

添加剂(相对溶剂的质量百分比)：双草酸硼酸锂(LiBOB)2.4％；硼酸三甲酯(TB)1.8％；

溶剂：EA:EB:EMC:PC:DEC＝2:2:2:1:3。

实施例5

本实施例公开一种低温电解液，包括锂盐、添加剂及溶剂；具体组成和用量如下：

锂盐(在溶剂中的浓度)：四氟硼酸锂2mol/L；

添加剂(相对溶剂的质量百分比)：双草酸硼酸锂(LiBOB)3％；硼酸三甲酯(TB)2％；

溶剂的质量比：EA:EB:EMC:PC:DEC＝2:2:3:1:2。

对比例

常规电解液锂盐：六氟磷酸锂1.2mol/L，

添加剂：碳酸亚乙烯酯2％，

溶剂：碳酸亚乙烯酯(EC):DMC:EMC＝1：1：1。

测试实施例1至5以及对比例所得电解液-20℃时的导电率及粘度，具体数据详见表1所示。

表1实施例1至5以及对比例所得电解液-20℃时的导电率及粘度

由表1可知，低温下，本发明提出的电解液比较常规的电解液粘度低，电导率高，随着DMC用量的增加，体系粘度减小，随着四氟硼酸锂用量的增加，体系中EMC占比增大，粘度有所提升，但体系电导率增加；锂盐用量与粘度相结合后比较，实施例4粘度相对较低且电导率最高。

将以上电解液注入2Ah的软包电池，电池化成后得到激活态的锂离子电池，将每组电池放到-20℃下，测试1C/1C的循环性能，具体详见图1所示。2Ah软包电池选择正极主材为锰酸锂、负极主材为人造石墨的体系，人造石墨的石墨化度更高，更容易电解液中添加剂作用于石墨表面，形成稳定的SEI膜，同时人造石墨形态可控，石墨之间的间隙可调，有利于电解液的浸润，可以更方便电解液发挥作用。由图1的循环曲线可看出，常规电解液在-20℃下循环200周后，剩余容量仅为初始容量的53％。本发明提出的低温电解液，在低温下循环200周后，容量保持率大于81％。通过上述对比可知，本发明提出的方案可以有效提升电池在低温下的循环寿命。对比实施例1至实施例5，实施例4的循环性能稍优于其他四组。电解液低温下导电率越高，其循环性能越好，本发明的电解液可在低温下于负极表面形成稳定的SEI膜，以达到延长低温循环寿命的目的，同时添加剂与锂盐相互缔合，辅助低温溶剂，形成的导电网络可以在低温下保持稳定的电导率，延长电池的循环寿命。