本發(fā)明涉及電化學(xué)材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及鋰離子電池電解液及鋰離子電池。
背景技術(shù)：
鋰離子電池具有能量密度高、循環(huán)壽命長、自放電率小、無記憶效應(yīng)和綠色環(huán)何等突出優(yōu)勢。自索尼公司于1990年首次開發(fā)出鋰離子電池后，由于其具有諸多優(yōu)點，已經(jīng)取得了飛速的發(fā)展，其應(yīng)用已經(jīng)滲透到民用以及軍事應(yīng)用等多個領(lǐng)域。
電解液是具有離子導(dǎo)電性的溶液，為電池的正常工作提供離子，是電池中重要的組成部分。目前商用鋰電池電解液一般為碳酸酯類，盡管其電導(dǎo)率高，但是在低溫下部分碳酸酯溶劑因熔點高導(dǎo)致凝固，電解質(zhì)析出使電解液電導(dǎo)率急劇下降，導(dǎo)致電池?zé)o法正常使用。在高寒冷地區(qū)，甚至南北極區(qū)域，一般鋰電池將無法使用。
目前商業(yè)化鋰離子電池工作溫度一般在-20-60℃，在低于-20℃時電池性能嚴(yán)重衰減，甚至無法充放電。在高緯度的高寒地區(qū)，電池低溫性能不足問題是急需解決的問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
基于此，有必要針對鋰離子電池低溫性能差，低溫下無法使用的問題，提供一種鋰離子電池電解液及鋰離子電池。
一種鋰離子電池電解液，包括溶劑和鋰鹽；
所述溶劑包括碳酸乙烯酯、2-丁酮和二氯甲烷；所述碳酸乙烯酯、所述2-丁酮及所述二氯甲烷的質(zhì)量比為1～2：1～7：1～7。
在其中一個實施方式中，所述鋰鹽選自lipf6、libf4和liclo4中的至少一種。
在其中一個實施方式中，所述鋰離子電池電解液中鋰鹽的濃度為1mol/l～1.2mol/l。
在其中一個實施方式中，所述碳酸乙烯酯、所述2-丁酮及所述二氯甲烷的質(zhì)量比為1～2：2～6：2～6。
在其中一個實施方式中，所述碳酸乙烯酯、所述2-丁酮及所述二氯甲烷的質(zhì)量比為2:2:6。
一種鋰離子電池，包括正極、負(fù)極、隔膜及如上述所述的鋰離子電池電解液；
所述正極包括正極集流體及附著于所述正極集流體表面的正極活性材料；
所述負(fù)極包括負(fù)極集流體及附著在所述負(fù)極集流體表面的負(fù)極活性材料。
在其中一個實施方式中，所述正極活性材料按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計包括90％～92％的licoo2、4％～5％的炭黑及4％～5％的粘結(jié)劑；所述正極集流體為鋁箔。
在其中一個實施方式中，所述負(fù)極活性材料按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計包括90％～92％的石墨、4％～5％的導(dǎo)電炭黑及4％～5％的粘結(jié)劑；所述負(fù)極集流體為銅箔。
在其中一個實施方式中，所述隔膜為聚丙烯膜、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯復(fù)合膜、尼龍布、玻璃纖維、聚乙烯醇膜和石棉紙中的至少一種。
在其中一個實施方式中，所述隔膜的厚度為10μm～40μm。
上述鋰離子電池電解液及鋰離子電池以碳酸乙烯酯、2-丁酮和二氯甲烷作為溶劑，碳酸乙烯酯在使用過程中能形成穩(wěn)定的sei膜；2-丁酮和二氯甲烷均具有較低的熔點，低溫和常溫下具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，在較低的溫度下仍能表現(xiàn)出較好的溶解性。采用上述三種溶劑配合使用并合理配比，使得上述鋰離子電池電解液及鋰離子電池在低溫下也能具有較好的電化學(xué)性能和穩(wěn)定性。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施方式對鋰離子電池電解液及鋰離子電池做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
一實施方式的鋰離子電池電解液，包括溶劑和鋰鹽。
在其中一個實施方式中，溶劑包括碳酸乙烯酯、2-丁酮和二氯甲烷。
碳酸乙烯酯在使用的過程中能形成穩(wěn)定的sei膜，而2-丁酮和二氯甲烷具有較低的熔點，2-丁酮的熔點可達(dá)到-86℃，二氯甲烷的熔點可達(dá)到-97℃。2-丁酮和二氯甲烷在較低溫度下均能保持較好的化學(xué)穩(wěn)定性。
雖然二氯甲烷具有較低的熔點，且二氯甲烷對電解質(zhì)的溶解度較高，但是二氯甲烷在常溫下極易揮發(fā)。在單獨將二氯甲烷與碳酸乙烯酯進(jìn)行配合作為鋰電池電解液時，二氯甲烷揮發(fā)導(dǎo)致鋰離子電池發(fā)生脹氣現(xiàn)象。而加入2-丁酮形成三元共混溶劑體系后，2-丁酮能有效降低溶劑的揮發(fā)性，避免了脹氣現(xiàn)象的發(fā)生。
而單獨將2-丁酮與碳酸乙烯酯進(jìn)行配合使用時，在低溫下，2-丁酮的溶解性能會急劇下降，也對鋰離子電池電解液的電化學(xué)性能和電導(dǎo)率等造成影響。
在其中一個實施方式中，碳酸乙烯酯、2-丁酮及二氯甲烷的質(zhì)量比為1～2：1～7：1～7。優(yōu)選地，碳酸乙烯酯、2-丁酮及二氯甲烷的質(zhì)量比為1～2：2～6：2～6。通過碳酸乙烯酯、2-丁酮和二氯甲烷的合理配比，使得各溶劑之間的協(xié)同效應(yīng)達(dá)到最大，鋰離子電池電解液的電導(dǎo)率及低溫下的電容量保持率也較佳。
優(yōu)選地，碳酸乙烯酯、2-丁酮及二氯甲烷的質(zhì)量比為2:2:6。
在其中一個實施方式中，碳酸乙烯酯、2-丁酮及二氯甲烷為優(yōu)級純試劑；主含量均為大于99％。
在其中一個實施方式中，鋰鹽選自選自lipf6、libf4和liclo4中的至少一種。優(yōu)選地，鋰鹽為lipf6。
在其中一個實施方式中，鋰離子電池電解液中鋰鹽的濃度為1mol/l～1.2mol/l。
上述鋰離子電池電解液以碳酸乙烯酯、2-丁酮和二氯甲烷作為溶劑，碳酸乙烯酯在使用過程中能形成穩(wěn)定的sei膜；2-丁酮和二氯甲烷均具有較低的熔點，低溫和常溫下具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，在較低的溫度下仍能表現(xiàn)出較好的溶解性。采用上述三種溶劑配合使用并合理配比，使得上述鋰離子電池電解液在低溫下也能具有較好的電化學(xué)性能和穩(wěn)定性。
一實施方式的鋰離子電池包括正極、負(fù)極、隔膜及上述的鋰離子電池電解液。
在其中一個實施方式中，正極包括正極活性材料及正極集流體。正極活性材料附著于正極集流體的表面。正極活性材料按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計包括90％～92％的licoo2、4％～5％的炭黑及4％～5％的粘結(jié)劑；所述正極集流體為鋁箔。
在其中一個實施方式中，負(fù)極包括負(fù)極活性材料及負(fù)極集流體。負(fù)極活性材料附著于負(fù)極集流體的表面。負(fù)極活性材料按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計包括90％～92％的石墨、4％～5％的導(dǎo)電炭黑及4％～5％的粘結(jié)劑；所述負(fù)極集流體為銅箔。
在其中一個實施方式中，正極集流體的厚度為10μm～30μm；正極活性材料形成的涂層的厚度為80μm～110μm。
在其中一個實施方式中，負(fù)極集流體的厚度為8μm～30μm；負(fù)極活性材料形成的涂層的厚度為80μm～110μm。
在其中一個實施方式中，粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯(pvdf)。
在其中一個實施方式中，隔膜為隔膜為聚丙烯膜、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯復(fù)合膜、尼龍布、玻璃纖維、聚乙烯醇膜和石棉紙中的至少一種。進(jìn)一步地，隔膜的厚度為10μm～40μm。
上述鋰離子電池以碳酸乙烯酯、2-丁酮和二氯甲烷作為溶劑使得鋰離子電池在低溫下也能具有較好的電化學(xué)性能和穩(wěn)定性。
下面是具體實施例的說明，以下實施例如無特殊說明，則不含有除不可避免的雜質(zhì)以外的其他未明確指出的組分。
實施例1
將碳酸乙烯酯、2-丁酮及二氯甲烷以2:2:6的質(zhì)量比配制成三元共混溶劑；再向上述三元共混溶劑中加入lipf6配制成lipf6濃度為1mol/l的鋰離子電池電解液。
將附著有正極活性材料的正極集流體、隔膜及附著有負(fù)極活性材料的負(fù)極集流體層疊后，卷繞得到電芯。其中，正極集流體為鋁箔，正極活性材料按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計由90％的licoo2、5％的炭黑及5％的粘結(jié)劑組成，正極集流體的厚度為10μm，正極活性材料形成的涂層厚度為80μm；負(fù)極集流體為銅箔，負(fù)極活性材料按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計由92％的石墨、4％的導(dǎo)電炭黑及4％的粘結(jié)劑組成，負(fù)極集流體的厚度8μm，負(fù)極活性材料形成的涂層厚度為80μm；隔膜為pp膜，隔膜厚度為10μm。
將上述鋰電池電解液注入電芯中制備得到鋰離子電池。將鋰離子電池以0.05c(標(biāo)稱容量的20小時放電電流)充電至3.45v，再以0.1c充電至3.85v進(jìn)行化成；將化成后的電池置于45℃烘箱中，陳化6h后，排氣封邊，得到具有優(yōu)良性能的軟包裝鋰離子電池?？梢詫﹄姵剡M(jìn)行常規(guī)的充放電測試。
實施例2
將碳酸乙烯酯、2-丁酮及二氯甲烷以2:4:4的質(zhì)量比配制成三元共混溶劑；再向上述三元共混溶劑中加入libf4配制成libf4濃度為1.2mol/l的鋰離子電池電解液。
將附著有正極活性材料的正極集流體、隔膜及附著有負(fù)極活性材料的負(fù)極集流體層疊后，卷繞得到電芯。其中，正極集流體為鋁箔，正極活性材料按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計由92％的licoo2、4％的炭黑及4％的粘結(jié)劑組成，正極集流體的厚度為30μm，正極活性材料形成的涂層厚度為110μm；負(fù)極集流體為銅箔，負(fù)極活性材料按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計由90％的石墨、5％的導(dǎo)電炭黑及5％的粘結(jié)劑組成，負(fù)極集流體的厚度為30μm，負(fù)極活性材料形成的涂層厚度為110μm；隔膜為聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯復(fù)合膜，隔膜厚度為40μm。
將上述鋰電池電解液注入電芯中制備得到鋰離子電池。將鋰離子電池以0.05c(標(biāo)稱容量的20小時放電電流)充電至3.45v，再以0.1c充電至3.85v進(jìn)行化成；將化成后的電池置于45℃烘箱中，陳化6h后，排氣封邊，得到具有優(yōu)良性能的軟包裝鋰離子電池?？梢詫﹄姵剡M(jìn)行常規(guī)的充放電測試。
實施例3
將碳酸乙烯酯、2-丁酮及二氯甲烷以2:1:7的質(zhì)量比配制成三元共混溶劑；再向上述三元共混溶劑中加入liclo4配制成liclo4濃度為1.1mol/l的鋰離子電池電解液。
將附著有正極活性材料的正極集流體、隔膜及附著有負(fù)極活性材料的負(fù)極集流體層疊后，卷繞得到電芯。其中，正極集流體為鋁箔，正極活性材料按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計由92％的licoo2、4％的炭黑及4％的粘結(jié)劑組成，正極集流體的厚度為16μm，正極活性材料形成的涂層厚度為96μm；負(fù)極集流體為銅箔，負(fù)極活性材料按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計由92％的石墨、4％的導(dǎo)電炭黑及4％的粘結(jié)劑組成，負(fù)極集流體的厚度為20μm，負(fù)極活性材料形成的涂層厚度為100μm；隔膜為尼龍布，隔膜厚度為30μm。
將上述鋰電池電解液注入電芯中制備得到鋰離子電池。將鋰離子電池以0.05c(標(biāo)稱容量的20小時放電電流)充電至3.45v，再以0.1c充電至3.85v進(jìn)行化成；將化成后的電池置于45℃烘箱中，陳化6h后，排氣封邊，得到具有優(yōu)良性能的軟包裝鋰離子電池?？梢詫﹄姵剡M(jìn)行常規(guī)的充放電測試。
實施例4
將碳酸乙烯酯、2-丁酮及二氯甲烷以2:7:1的質(zhì)量比配制成三元共混溶劑；再向上述三元共混溶劑中加入lipf6配制成lipf6濃度為1mol/l的鋰離子電池電解液。
將附著有正極活性材料的正極集流體、隔膜及附著有負(fù)極活性材料的負(fù)極集流體層疊后，卷繞得到電芯。其中，正極集流體為鋁箔，正極活性材料按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計由90％的licoo2、5％的炭黑及5％的粘結(jié)劑組成，正極集流體的厚度為25μm，正極活性材料形成的涂層厚度為90μm；負(fù)極集流體為銅箔，負(fù)極活性材料按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計由90％的石墨、5％的導(dǎo)電炭黑及5％的粘結(jié)劑組成，負(fù)極集流體的厚度為8μm，負(fù)極活性材料形成的涂層厚度為90μm；隔膜為玻璃纖維，隔膜厚度為25μm。
將上述鋰電池電解液注入電芯中制備得到鋰離子電池。將鋰離子電池以0.05c(標(biāo)稱容量的20小時放電電流)充電至3.45v，再以0.1c充電至3.85v進(jìn)行化成；將化成后的電池置于45℃烘箱中，陳化6h后，排氣封邊，得到具有優(yōu)良性能的軟包裝鋰離子電池?？梢詫﹄姵剡M(jìn)行常規(guī)的充放電測試。
實施例5
將碳酸乙烯酯及二氯甲烷以2:8的質(zhì)量比配制成二元共混溶劑；再向上述二元共混溶劑中加入lipf6配制成lipf6濃度為1mol/l的鋰離子電池電解液。
將附著有正極活性材料的正極集流體、隔膜及附著有負(fù)極活性材料的負(fù)極集流體層疊后，卷繞得到電芯。其中，正極集流體為鋁箔，正極活性材料按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計由92％的licoo2、4％的炭黑及4％的粘結(jié)劑組成，正極集流體的厚度為30μm，正極活性材料形成的涂層厚度為80μm；負(fù)極集流體為銅箔，負(fù)極活性材料按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計由92％的石墨、4％的導(dǎo)電炭黑及4％的粘結(jié)劑組成，負(fù)極集流體的厚度為30μm，負(fù)極活性材料形成的涂層厚度為80μm；隔膜為pp膜，隔膜厚度為10μm。
將上述鋰電池電解液注入電芯中制備得到鋰離子電池。將鋰離子電池以0.05c(標(biāo)稱容量的20小時放電電流)充電至3.45v，再以0.1c充電至3.85v進(jìn)行化成；將化成后的電池置于45℃烘箱中，陳化6h后，排氣封邊，得到軟包裝鋰離子電池?？梢詫﹄姵剡M(jìn)行常規(guī)的充放電測試。
實施例6
將碳酸乙烯酯及2-丁酮以2:8的質(zhì)量比配制成二元共混溶劑；再向上述二元共混溶劑中加入lipf6配制成lipf6濃度為1mol/l的鋰離子電池電解液。
將附著有正極活性材料的正極集流體、隔膜及附著有負(fù)極活性材料的負(fù)極集流體層疊后，卷繞得到電芯。其中，正極集流體為鋁箔，正極活性材料按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計由92％的licoo2、4％的炭黑及4％的粘結(jié)劑組成，正極集流體的厚度為25μm，正極活性材料形成的涂層厚度為90μm；負(fù)極集流體為銅箔，負(fù)極活性材料按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計由92％的石墨、4％的導(dǎo)電炭黑及4％的粘結(jié)劑組成，負(fù)極集流體的厚度為8μm，負(fù)極活性材料形成的涂層厚度為90μm；隔膜為pp膜，隔膜厚度為15μm。
將上述鋰電池電解液注入電芯中制備得到鋰離子電池。將鋰離子電池以0.05c(標(biāo)稱容量的20小時放電電流)充電至3.45v，再以0.1c充電至3.85v進(jìn)行化成；將化成后的電池置于45℃烘箱中，陳化6h后，排氣封邊，得到軟包裝鋰離子電池。可以對電池進(jìn)行常規(guī)的充放電測試。
實施例7
將2-丁酮及二氯甲烷以1:1的質(zhì)量比配制成二元共混溶劑；再向上述二元共混溶劑中加入lipf6配制成lipf6濃度為1mol/l的鋰離子電池電解液。
將附著有正極活性材料的正極集流體、隔膜及附著有負(fù)極活性材料的負(fù)極集流體層疊后，卷繞得到電芯。其中，正極集流體為鋁箔，正極活性材料按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計由92％的licoo2、4％的炭黑及4％的粘結(jié)劑組成，正極集流體的厚度為10μm，正極活性材料形成的涂層厚度為105μm；負(fù)極集流體為銅箔，負(fù)極活性材料按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計由92％的石墨、4％的導(dǎo)電炭黑及4％的粘結(jié)劑組成，負(fù)極集流體的厚度為8μm，負(fù)極活性材料形成的涂層厚度為105μm；隔膜為pp膜，隔膜厚度為30μm。
將上述鋰電池電解液注入電芯中制備得到鋰離子電池。將鋰離子電池以0.05c(標(biāo)稱容量的20小時放電電流)充電至3.45v，再以0.1c充電至3.85v進(jìn)行化成；將化成后的電池置于45℃烘箱中，陳化6h后，排氣封邊，得到軟包裝鋰離子電池?？梢詫﹄姵剡M(jìn)行常規(guī)的充放電測試。
實施例8
將碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯及碳酸丙烯酯以2：3：5：1的質(zhì)量比配比配制成共混溶劑；再向上述二元共混溶劑中加入lipf6，lipf6濃度為1mol/l；再添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.3％的聚二甲基硅氧烷和0.8％的碳酸亞乙烯酯得到鋰離子電池電解液。
將附著有正極活性材料的正極集流體、隔膜及附著有負(fù)極活性材料的負(fù)極集流體層疊后，卷繞得到電芯。其中，正極集流體為鋁箔，正極活性材料按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計由92％的licoo2、4％的炭黑及4％的粘結(jié)劑組成，正極集流體的厚度為10μm，正極活性材料形成的涂層厚度為80μm；負(fù)極集流體為銅箔，負(fù)極活性材料按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計由92％的石墨、4％的導(dǎo)電炭黑及4％的粘結(jié)劑組成，負(fù)極集流體的厚度為8μm，負(fù)極活性材料形成的涂層厚度為80μm；隔膜為pp膜，隔膜厚度為10μm。
將上述鋰電池電解液注入電芯中制備得到鋰離子電池。將鋰離子電池以0.05c(標(biāo)稱容量的20小時放電電流)充電至3.45v，再以0.1c充電至3.85v進(jìn)行化成；將化成后的電池置于45℃烘箱中，陳化6h后，排氣封邊，得到軟包裝鋰離子電池?？梢詫﹄姵剡M(jìn)行常規(guī)的充放電測試。
測試實施例1～8所制備得到的鋰離子電池在不同溫度下的電導(dǎo)率，結(jié)果如表1所示；測試實施例1～8所制備得到的鋰離子電池在不同溫度下循環(huán)10次后的容量保持率，結(jié)果如表2所示。其中，實施例1～8制備的鋰離子電池的型號為70*50*40(mm)；電導(dǎo)率(極片導(dǎo)電性能)是通過電化學(xué)工作站測量相同面積極片的電阻來進(jìn)行確定的；容量采用maccormc16型10v5a電池測試設(shè)備充放電測試得到。測試程序為：常溫下，以1.0c的電流恒流充電至4.2v，轉(zhuǎn)恒壓充電，截止電流為0.05c，總充電時間不超過1.5小時。電池的標(biāo)準(zhǔn)放電過程為常溫下，滿充后的電池以1.0c的電流對電池進(jìn)行恒流放電至3.0v。
表1
表2
從表1和表2中數(shù)據(jù)可以看出，實施例1～4所制備的鋰離子電池電解液及鋰離子電池相較于實施例5～8具有更加優(yōu)異的電導(dǎo)率及電容量保持率。且實施例1～4所制備的鋰離子電池在室溫下的穩(wěn)定性更優(yōu)，不會發(fā)生脹氣現(xiàn)象。
以上所述實施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說明書記載的范圍。
以上所述實施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。