本发明专利技术公开了一种锂离子电池低温电解液，所述电解液包括锂盐和溶剂，所述溶剂包括主溶剂和副溶剂，所述主溶剂包括碳酸甲乙酯或/和甲酸异丁酯，所述副溶剂包括亚硫酸二甲酯或/和三氟碳酸丙烯酯。本发明专利技术还公开了上述锂离子电池低温电解液在锂离子电池中的应用。本发明专利技术提供的电解液应用于锂电池时，在常温25℃时倍率性能、循环性能良好，在‑40℃的极寒条件下依然有优异的充放电能量和循环寿命。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂电池电解液领域，涉及一种锂离子电池低温电解液及其应用。
技术介绍
1、锂离子电池具有高能量密度、长循环寿命、宽电压窗口和安全性高等优势，在电子产品、电动汽车、轨道交通、通信和军工等领域有巨大的应用价值，但随着科技的进步，对储能产品也提出越来越高的要求。例如在低温环境下，锂电池会由于较低的锂离子迁移率、更高的去溶剂化能等问题而失去其原本的优势，包括能量密度降低、循环性能下降和倍率性能较差等问题，严重限制了锂电池的应用场景。
2、当环境温度在0℃以上时，商用的锂电池还能够勉强满足工作需求，但降至-20℃以下后，电解液的离子电导率会急剧下降，除此之外，锂电池还表现出了缓慢的去溶剂化行为，同时减弱了锂离子通过固体电解质界面的速度和在电极材料内的扩散速度，限制了锂离子的脱出嵌入，进而提高了整体的电阻，导致不可避免的活性锂沉积，甚至会有安全隐患，开发能适应极端低温环境长时间工作的电解液刻不容缓。
3、为了改善低温环境下锂电池的能量密度，目前也有一些研究如：
4、申请号为cn202310033894.3的中国专利公开了一种适用于磷酸铁锂动力电池低温快充的电解液，电解质锂盐采用六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂混合物；溶剂采用碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸丙烯酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯中的一种或几种；添加剂采用碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、亚硫酸二甲酯和亚硫酸二乙酯、n，n-二甲基三氟乙酰胺中的一种或几种。虽然该电解液在-20℃低温具有良好的性能，但常温下的容量保持率较低。
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p>5、以及，申请号为cn202111199766.3的中国专利公开了锂电池低温电解液和锂电池；所述电解液包括有机溶剂、锂盐和电解液添加剂；所述有机溶剂为高介电常数的基础有机溶剂、低粘度溶剂和低熔点溶剂组成的混合溶剂；所述锂盐包括六氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、高氯酸锂、氟化锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂和双(五氟乙基磺酰基)亚氨基锂中的一种或多种混合；所述电解液添加剂为低温添加剂和成膜添加剂组成的混合添加剂。该专利申请通过提高盐解离程度、锂离子迁移速率、低温离子电导率和低阻抗固态电解质界面膜，减缓低温下电池容量的衰减。该技术确实在提高放电容量方面取得了优异的效果，但也存在一定的短板，该技术主要改善低温的放电性能，不是在低温环境下充电，而锂电池的实际运行场景是在低温下长周期充电和放电循环。6、因此，开发一种低温长循环的锂离子电池低温电解液，是目前锂电池领域亟需解决的技术问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种锂离子电池低温电解液及其应用，该电解液应用于锂电池时，在常温下具有良好的倍率性能和循环性能，在-40℃的极寒条件下依然有优异的充放电能量和循环寿命。
2、为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
3、一种锂离子电池低温电解液，所述电解液包括锂盐和溶剂，所述溶剂包括主溶剂和副溶剂，所述主溶剂包括碳酸甲乙酯或/和甲酸异丁酯，所述副溶剂包括亚硫酸二甲酯或/和三氟碳酸丙烯酯。
4、本专利技术的技术构思在于：碳酸酯以极低的粘度和熔点优化了电解液的低温离子迁移率和液相范围，同时与锂离子结合能较小的优点也能够显著降低阳离子的去溶剂化能，副溶剂亚硫酸二甲酯或/和三氟碳酸丙烯酯具有高的介电常数，能够充分溶解锂盐的同时，特别是熔点为-125℃的亚硫酸二甲酯也保证了电解液的低温潜能。
5、所述锂盐选自二氟草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、六氟磷酸锂、双三氟甲磺酰亚胺锂或四氟硼酸锂中的一种或多种。
6、所述电解液中锂盐的浓度为0.5mol/l～1.5mol/l。
7、所述锂盐选自二氟草酸硼酸锂，电解液中锂盐的浓度为0.75mol/l～1.25mol/l。
8、当所选用的锂盐为二氟草酸硼酸锂，能够与氟代溶剂三氟碳酸丙烯酯协同，提供稳定致密且富含无机成分的固态电解质界面，有效降低了电极界面阻抗，其高稳定性也减小锂沉积的风险，能够降低防范安全事故发生概率。
9、所述主溶剂在溶剂中的体积百分比为60-75vt％，所述副溶剂在溶剂中的体积百分比为25-40vt％。
10、作为优选，所述溶剂中碳酸甲乙酯的体积百分比为33.3-37.5vt％，甲酸异丁酯的体积百分比为33.3-37.5vt％；亚硫酸二甲酯的体积百分比为12.5-16.7vt％，三氟碳酸丙烯酯的体积百分比为12.5-16.7vt％；或，
11、作为优选，所述溶剂中碳酸甲乙酯的体积百分比为37.5vt％，甲酸异丁酯的体积百分比为37.5vt％；亚硫酸二甲酯的体积百分比为25vt％。
12、上述电解液在常温和在-20℃低温环境下表现出更加优异的循环性能和容量保持率。
13、作为优选，所述溶剂中碳酸甲乙酯的体积百分比为37.5vt％，甲酸异丁酯的体积百分比为37.5vt％；亚硫酸二甲酯的体积百分比为12.5％，三氟碳酸丙烯酯的体积百分比为12.5vt％；锂盐为二氟草酸硼酸锂，电解液中锂盐的浓度为0.75mol/l～1mol/l。
14、上述电解液在-40℃低温环境下表现出更加优异的循环性能和容量保持率。
15、本专利技术还提供了一种上述锂离子电池低温电解液在锂离子电池中的应用。
16、作为优选，所述锂离子电池为锂片||钴酸锂半电池，包括正极材料、负极材料、集流体、隔膜和电解液；所述正极材料包括钴酸锂、导电炭黑和聚偏氟乙烯，所述负极材料为锂片，所述集流体为铝箔，所述隔膜采用玻璃纤维隔膜。
17、进一步的，所述锂离子电池为cr2032型扣式电池，正极材料由钴酸锂、导电炭黑和聚偏氟乙烯按照8:1:1制浆，120℃真空干燥8h后，切制成11mm的极片。
18、作为优选，所述半电池的充放电电压范围为3.0～4.5v，在高低温箱内进行充放电循环，工作温度为-40～25℃。
19、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
20、本专利技术针对锂电池传统电解质存在的严重问题，包括锂离子高度的溶剂化结构、缺少无机成分的固体电解质界面和较小的锂离子电导率和扩散系数等，以及低温和极寒条件下能量密度低、循环性能差等问题，提出以低粘度低熔点的弱溶剂来做主溶剂，配合高介电常数的副溶剂，明显的改善了锂电池的低温性能。
21、本专利技术提供的电解液通过硼酸锂盐和强弱有机溶剂的协同作用，使锂电池不仅在常温和在低温环境下表现出优异的循环性能和容量保持率，具体表现在：在常温25℃时倍率性能、循环性能良好，在-40℃的极寒条件下依然有优异的充放电能量和循环寿命；拓宽了液相范围，在低温-40℃有较高的能量密度。
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【技术保护点】
1.一种锂离子电池低温电解液，其特征在于，所述电解液包括锂盐和溶剂，所述溶剂包括主溶剂和副溶剂，所述主溶剂包括碳酸甲乙酯或/和甲酸异丁酯，所述副溶剂包括亚硫酸二甲酯或/和三氟碳酸丙烯酯。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池低温电解液，其特征在于，所述锂盐选自二氟草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、六氟磷酸锂、双三氟甲磺酰亚胺锂或四氟硼酸锂中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的离子电池电解液，其特征在于，所述电解液中锂盐的浓度为0.5mol/L～1.5mol/L。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池低温电解液，其特征在于，所述锂盐选自二氟草酸硼酸锂，电解液中锂盐的浓度为0.75mol/L～1.25mol/L。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池低温电解液，其特征在于，所述主溶剂在溶剂中的体积百分比为60-75vt％，所述副溶剂在溶剂中的体积百分比为25-40vt％。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池低温电解液，其特征在于，所述溶剂中碳酸甲乙酯的体积百分比为33.3-37.5vt％，甲酸异丁酯的体积百分比为33.3-37.5vt％；亚硫酸二甲酯的体积百分比为12.5-16.7vt％，三氟碳酸丙烯酯的体积百分比为12.5-16.7vt％；或，
7.根据权利要求1所述的锂离子电池低温电解液，其特征在于，所述溶剂中碳酸甲乙酯的体积百分比为37.5vt％，甲酸异丁酯的体积百分比为37.5vt％；亚硫酸二甲酯的体积百分比为12.5％，三氟碳酸丙烯酯的体积百分比为12.5vt％；锂盐为二氟草酸硼酸锂，电解液中锂盐的浓度为0.75mol/L～1mol/L。
8.一种权利要求1-7任一所述的锂离子电池低温电解液在锂离子电池中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述锂离子电池为锂片||钴酸锂半电池，包括正极材料、负极材料、集流体、隔膜和电解液；所述正极材料包括钴酸锂、导电炭黑和聚偏氟乙烯，所述负极材料为锂片，所述集流体为铝箔，所述隔膜采用玻璃纤维隔膜。
10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述半电池的充放电电压范围为3.0～4.5V，在高低温箱内进行充放电循环，工作温度为-40～25℃。
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【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池低温电解液，其特征在于，所述电解液包括锂盐和溶剂，所述溶剂包括主溶剂和副溶剂，所述主溶剂包括碳酸甲乙酯或/和甲酸异丁酯，所述副溶剂包括亚硫酸二甲酯或/和三氟碳酸丙烯酯。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池低温电解液，其特征在于，所述锂盐选自二氟草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、六氟磷酸锂、双三氟甲磺酰亚胺锂或四氟硼酸锂中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的离子电池电解液，其特征在于，所述电解液中锂盐的浓度为0.5mol/l～1.5mol/l。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池低温电解液，其特征在于，所述锂盐选自二氟草酸硼酸锂，电解液中锂盐的浓度为0.75mol/l～1.25mol/l。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池低温电解液，其特征在于，所述主溶剂在溶剂中的体积百分比为60-75vt％，所述副溶剂在溶剂中的体积百分比为25-40vt％。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池低温电解液，其特征在于，所述溶剂中碳酸甲乙酯的体积百分比为33.3-37.5vt％，甲酸异丁酯的体...
【专利技术属性】
技术研发人员：薄拯，卢烁，杨化超，严建华，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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