阅读说明：本技术 一种软包装锂离子电池用低温电解液 (Low-temperature electrolyte for flexible package lithium ion battery ) 是由 尹晓磊 王明舟 于 2019-11-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种软包装锂离子电池用低温电解液,该电解液由电解质锂盐、有机溶剂、添加剂组成,所述添加剂为醚类化合物和N,N-二甲基甲酰胺,各组分的质量百分比如下：电解质锂盐10％-15％；有机溶剂80％-85％；醚类化合物占电解质锂盐与有机溶剂总质量的1％-5％；N,N-二甲基甲酰胺占电解质锂盐与有机溶剂总质量的1％-3％。本发明的电解质锂盐以六氟磷酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、二氟磷酸锂三种电解质锂盐合理配比(5:1:1)而成,不仅可以解决使用单一六氟磷酸锂高温分解,热稳定性差的问题,并通过在电解液中加入添加剂N,N-二甲基甲酰胺以及醚类化合物,可以使锂电池充放电过程中形成良好的SEI膜,首次效率高,且具有优良的耐低温性能和循环性能。(The invention discloses a low-temperature electrolyte for a flexible package lithium ion battery, which consists of electrolyte lithium salt, an organic solvent and an additive, wherein the additive is an ether compound and N, N-dimethylformamide, and the mass percentages of the components are as follows: 10% -15% of electrolyte lithium salt; 80% -85% of organic solvent; the ether compound accounts for 1 to 5 percent of the total mass of the electrolyte lithium salt and the organic solvent; the N, N-dimethylformamide accounts for 1-3% of the total mass of the electrolyte lithium salt and the organic solvent. The electrolyte lithium salt is prepared by reasonably proportioning (5:1:1) lithium hexafluorophosphate, lithium bistrifluoromethylsulfonyl imide and lithium difluorophosphate, so that the problems of single lithium hexafluorophosphate high-temperature decomposition and poor thermal stability can be solved, and a good SEI film can be formed in the charging and discharging processes of a lithium battery by adding additives N, N-dimethylformamide and an ether compound into an electrolyte, so that the lithium battery has high primary efficiency and excellent low-temperature resistance and cycle performance.)

一种软包装锂离子电池用低温电解液

技术领域

本发明属于锂离子电池电解液技术领域，具体是涉及一种软包装锂离子电池用低温电解液。

背景技术

锂离子电池自商业化以来，由于具有电压高，体积比能量以及质量比能量密度高、无污染、可循环使用等优点被人们认可，已经广泛应用于手机、笔记本、数码相机，移动电源、平板电脑、电动自行车以及电动汽车等领域，是目前消费类产品首选的能源提供者。但是锂离子电池也存在自身的缺陷，低温条件下电池放电容量比常温环境明显降低，特别是在超低温(-40℃)环境下电池容量基本放不出来。尤其对于北方地区而言，锂离子电池的低温性能的提升更显得尤为重要。影响锂电池低温性能的因素有很多，包括正、负极材料的种类、电解液的组分、制造工艺等等。其中电解液是影响锂电池低温性能的最重要因素，这是因为低温时电解液的粘度变大，离子和电子导电率变低，正负极之间的离子转移收到限制，电池的活性降低。

专利号为CN201310031161.2的中国发明专利公开了一种锂离子二次电池及其电解液，电解液包含溶剂和锂盐，还包含成膜添加剂，所述溶剂包括第一溶剂和第二溶剂，第一溶剂由线性羧酸酯和碳酸乙烯酯组成，第二溶剂选自碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯碳酸丙烯酯中的一种或几种，成膜添加剂选自氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、1,3-丙烷磺内酯、丁二腈、己二腈、双草酸硼酸锂、双氟草酸硼酸锂中的一种或几种。该技术方案通过线性羧酸酯与碳酸乙烯酯的搭配，得到具有较高介电常数和低粘度的溶剂体系，通过成膜添加剂改善线性羧酸酯与石墨相容性差的问题，使得采用该电解液的锂离子二次电池表面出高功率放电能力和优良的高温循环稳定性，但是其在-20℃、0.5C恒流充放电的容量保持率仅为40％～45％，低温性能较差，还不能满足低温条件下的使用需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种软包装锂离子电池用低温电解液，通过有机锂盐的组合配比，并通过在电解液中添加剂醚类化合物和N,N-二甲基甲酰胺，可以使锂电池充放电过程中形成良好的SEI膜，首次效率高，并且制得的电解液具有优良的耐低温性能和循环性能。

为实验上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种软包装锂离子电池用低温电解液，该电解液由电解质锂盐、有机溶剂、添加剂组成，其中，添加剂为醚类化合物和N,N-二甲基甲酰胺。

其中，按质量百分比计算如下：

电解质锂盐：10％-15％；

有机溶剂：80％-85％；

醚类化合物占电解质锂盐与有机溶剂总质量的1％-5％；

N,N-二甲基甲酰胺占电解质锂盐与有机溶剂总质量的1％-3％。

其中，所述电解质锂盐包括六氟磷酸锂LiPF₆、双三氟甲基磺酰亚胺锂 LiTFSI、二氟磷酸锂LiPO₂F₂，且六氟磷酸锂LiPF₆、双三氟甲基磺酰亚胺锂 LiTFSI、二氟磷酸锂LiPO₂F₂的质量比为5:1:1。

其中，所述有机溶剂为环状碳酸酯、线性碳酸酯和羧酸酯组成。

其中,环状碳酸酯为碳酸乙烯酯(EC)和碳酸丙烯酯(PC)中的任意一种；线性碳酸酯为碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)及碳酸二丁酯 (DBC)中的一种或多种；羧酸酯为γ-丁内酯(GBL)、甲酸甲酯(MF)、乙酸甲酯(MA)、丁酸甲酯(MB)及丙酸乙酯(EP)中的一种或多种。

作为优选，碳酸乙烯酯(EC)：碳酸二甲酯(DMC)：碳酸甲乙酯(EMC)：碳酸二丁酯(DBC)：乙酸甲酯(MA)的质量比为4:1:3:6:1。

其中，醚类化合物为二甲氧甲烷(DMM)、1,2-二甲氧乙烷(DME)和二甘醇二甲醚(DG)、四氢呋喃(THF)、2-甲基四氢呋喃(2Me-THF)、1,3-二氧环戊烷 (DOL)中的一种或多种。

本发明的明显效果在于：

(1)本发明以六氟磷酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂，二氟磷酸锂三种电解质锂盐合理配比而成，不仅可以解决使用单一六氟磷酸锂高温分解，热稳定性差的问题，而且还可以形成良好的SEI膜，降低电池界面阻抗，提升低温性能和电池的循环性能。

(2)本发明所采用的有机溶剂中的羧酸酯，凝固点平均比碳酸酯低 20-30℃，且粘度低，能显著提升电解液的低温性能。

(3)本发明在电解液中添加醚类化合物黏度低，电导率高，具有较强的溶剂化能力，可以提高电解液的低温和循环性能。

(4)本发明中的有机添加剂N,N-二甲基甲酰胺熔点机低，为-61℃，能够显著降低混合溶剂的凝固点，有助于形成低温电解液。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明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在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例的软包装锂离子电池用低温电解液，由电解质锂盐、有机溶剂、醚类化合物、N,N-二甲基甲酰胺组成，其中，醚类化合物为二甘醇二甲醚。

其中，电解质锂盐质量分数为10％，六氟磷酸锂LiPF₆、双三氟甲基磺酰亚胺锂LiTFSI、二氟磷酸锂LiPO₂F₂，三者的质量比5:1:1。

其中，有机溶剂为质量分数为80％，碳酸乙烯酯(EC)：碳酸二甲酯(DMC)：碳酸甲乙酯(EMC)：碳酸二丁酯(DBC)：乙酸甲酯(MA)的质量比为4:1:3:6:1。

其中，二甘醇二甲醚占电解质锂盐与有机溶剂总质量的1％。

其中，N,N-二甲基甲酰胺占电解质锂盐与有机溶剂总质量的1％。

在充满氩气的手套箱中，控制水分<0.1ppm，氧含量<0.1ppm，将上述各组分按照上述比例均匀混合即得到软包装锂离子电池用低温电解液。

本实施例的锂离子电池以钴酸锂材料为正极、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5Ah的软包装锂离子电池，即得。

实施例2

本实施例的软包装锂离子电池用低温电解液，由电解质锂盐、有机溶剂、醚类化合物、N,N-二甲基甲酰胺组成，其中，醚类化合物为2-甲基四氢呋喃。

其中，电解质锂盐质量分数为10％，六氟磷酸锂LiPF₆、双三氟甲基磺酰亚胺锂LiTFSI、二氟磷酸锂LiPO₂F₂，三者的质量比5:1:1。

其中，有机溶剂为质量分数为80％，碳酸乙烯酯(EC)：碳酸二甲酯(DMC)：碳酸甲乙酯(EMC)：碳酸二丁酯(DBC)：乙酸甲酯(MA)的质量比为4:1:3:6:1。

其中，2-甲基四氢呋喃占电解质锂盐与有机溶剂总质量的1％。

其中，N,N-二甲基甲酰胺占电解质锂盐与有机溶剂总质量的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软包装锂离子电池用低温电解液。

本实施例的锂离子电池以钴酸锂材料为正极、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5Ah的软包装锂离子电池，即得。

实施例3

本实施例的软包装锂离子电池用低温电解液，由电解质锂盐、有机溶剂、醚类化合物、N,N-二甲基甲酰胺组成，其中，醚类化合物为二甘醇二甲醚。

其中，电解质锂盐质量分数为13％，六氟磷酸锂LiPF₆、双三氟甲基磺酰亚胺锂LiTFSI、二氟磷酸锂LiPO₂F₂，三者的质量比5:1:1。

其中，有机溶剂为质量分数为85％，碳酸乙烯酯(EC)：碳酸二甲酯(DMC)：碳酸甲乙酯(EMC)：碳酸二丁酯(DBC)：乙酸甲酯(MA)的质量比为4:1:3:6:1。

其中，二甘醇二甲醚占电解质锂盐与有机溶剂总质量的5％。

其中，N,N-二甲基甲酰胺占电解质锂盐与有机溶剂总质量的3％。

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软包装锂离子电池用低温电解液。

本实施例的锂离子电池以钴酸锂材料为正极、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5Ah的软包装锂离子电池，即得。

实施例4

本实施例的软包装锂离子电池用低温电解液，由电解质锂盐、有机溶剂、醚类化合物、N,N-二甲基甲酰胺组成，其中，醚类化合物为2-甲基四氢呋喃。

其中，电解质锂盐质量分数为13％，六氟磷酸锂LiPF₆、双三氟甲基磺酰亚胺锂LiTFSI、二氟磷酸锂LiPO₂F₂，三者的质量比5:1:1。

其中，有机溶剂为质量分数为85％，碳酸乙烯酯(EC)：碳酸二甲酯(DMC)：碳酸甲乙酯(EMC)：碳酸二丁酯(DBC)：乙酸甲酯(MA)的质量比为4:1:3:6:1。

其中，2-甲基四氢呋喃占电解质锂盐与有机溶剂总质量的3％。

其中，N,N-二甲基甲酰胺占电解质锂盐与有机溶剂总质量的3％。

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软包装锂离子电池用低温电解液。

本实施例的锂离子电池以钴酸锂材料为正极、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5Ah的软包装锂离子电池，即得。

实施例5

本实施例的软包装锂离子电池用低温电解液，由电解质锂盐、有机溶剂、醚类化合物、N,N-二甲基甲酰胺组成，其中，醚类化合物为2-甲基四氢呋喃。

其中，电解质锂盐质量分数为15％，六氟磷酸锂LiPF₆、双三氟甲基磺酰亚胺锂LiTFSI、二氟磷酸锂LiPO₂F₂，三者的质量比5:1:1。

其中，有机溶剂为质量分数为85％，碳酸乙烯酯(EC)：碳酸二甲酯(DMC)：碳酸甲乙酯(EMC)：碳酸二丁酯(DBC)：乙酸甲酯(MA)的质量比为4:1:3:6:1。

其中，2-甲基四氢呋喃占电解质锂盐与有机溶剂总质量的3％。

其中，N,N-二甲基甲酰胺占电解质锂盐与有机溶剂总质量的3％。

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软包装锂离子电池用低温电解液。

本实施例的锂离子电池以钴酸锂材料为正极、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5Ah的软包装锂离子电池，即得。

实施例6

本实施例的软包装锂离子电池用低温电解液，由电解质锂盐、有机溶剂、醚类化合物、N,N-二甲基甲酰胺组成，其中，醚类化合物为二甘醇二甲醚。

其中，电解质锂盐质量分数为15％，六氟磷酸锂LiPF₆、双三氟甲基磺酰亚胺锂LiTFSI、二氟磷酸锂LiPO₂F₂，三者的质量比5:1:1。

其中，有机溶剂为质量分数为85％，碳酸乙烯酯(EC)：碳酸二甲酯(DMC)：碳酸甲乙酯(EMC)：碳酸二丁酯(DBC)：乙酸甲酯(MA)的质量比为4:1:3:6:1。

其中，二甘醇二甲醚占电解质锂盐与有机溶剂总质量的3％。

其中，N,N-二甲基甲酰胺占电解质锂盐与有机溶剂总质量的3％。

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软包装锂离子电池用低温电解液。

本实施例的锂离子电池以钴酸锂材料为正极、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5Ah的软包装锂离子电池，即得。

对比例1

本对比例的软包装锂离子电池用低温电解液，由如下重量百分比的组分组成：六氟磷酸锂3％，碳酸乙烯酯25％，碳酸二乙酯20％，碳酸甲乙酯20％，乙酸甲酯30％，碳酸亚乙烯酯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软包装锂离子电池用低温电解液。

本对比例的锂离子电池以钴酸锂材料为正极、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5Ah的软包装锂离子电池，即得。

对比例2

本对比例的软包装锂离子电池用低温电解液，由如下重量百分比的组分组成：六氟磷酸锂13％，碳酸乙烯酯25％，碳酸二乙酯20％，碳酸甲乙酯15％，乙酸甲酯25％，碳酸亚乙烯酯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软包装锂离子电池用低温电解液。

本对比例的锂离子电池以钴酸锂材料为正极、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5Ah的软包装锂离子电池，即得。

对比例3

本对比例的软包装锂离子电池用低温电解液，由如下重量百分比的组分组成：六氟磷酸锂14％，碳酸乙烯酯25％，碳酸二乙酯20％，碳酸甲乙酯15％，乙酸甲酯25％，碳酸亚乙烯酯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软包装锂离子电池用低温电解液。

本对比例的锂离子电池以钴酸锂材料为正极、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5Ah的软包装锂离子电池，即得。

将实施例1-6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℃，相对湿度20％RH。

2.充放电制度为：

1)搁置5min；

2)2500mA恒流放电，截止电压3.0V；

3)搁置5min；

5)2500mA、4.2V恒流恒压充电，截止电流50mA；

6)搁置5min。

3.循环次数：500次。

测试结果如下表1：

表1

由上表中的结果可以看出，相较于对比例，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91％。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所述本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。