一种耐高低温电解液及包含其的锂离子电池的制作方法

本发明属于锂电池，具体涉及一种耐高低温电解液及包含其的锂离子电池。

背景技术：

1、随着新能源车大量普及，为了更加适配极寒和极热环境，对电池的耐高温和耐低温性能提出了更高的需求，为了满足适应极端环境的迫切要求，不断增长的电动汽车(ev)市场亟需使用高低温兼顾的锂离子电池，这对锂离子电池的耐高低温性能提出了严峻的挑战，而电解液的改性是提升电池性能的重要因素。锂电电解液添加剂可通过调整固态电解质界面膜(cei膜和sei膜)以及抑制电解液在正负极的氧化还原反应，大幅度改善锂离子电池的耐高低温性能和循环性能。

2、cn114520371a公开了一种非水电解液及包含其的锂离子电池，所述非水电解液以质量百分含量计包括如下组分：环状碳酸酯类溶剂5-25％，链状羧酸酯类溶剂30-50％，氟代链状羧酸酯5-20％，腈类化合物1-5％，成膜添加剂0.1-15％，以及至少一种锂盐。该技术方案提供的非水电解液能显著提升了锂电池的循环性能、高温存储稳定性和低温电性能，但其性能仍有待于进一步提高。

3、cn109786833a公开了一种高温高电压锂离子电池非水电解液及包含该电解液的锂离子电池，所述高温高电压锂离子电池非水电解液包含非水有机溶剂、电解质、高温高压添加剂和低阻抗添加剂。该技术方案提供的高温高电压锂离子电池非水电解液中高温高压添加剂可抑制电极中的过渡金属离子溶解，稳定电极和电解液界面，以达到改善高温性能的目的；低阻抗添加剂氟代碳酸乙烯酯可在负极表面形成稳定的sei膜，减小电极阻抗和极化，改善电池的循环性能和库伦效率，但其性能仍有待于进一步提高。

4、因此，需要开发一种能改善锂离子电池的高温存储稳定性、高温电性能和低温电性能的电解液。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种耐高低温电解液及包含其的锂离子电池。所述耐高低温电解液能在锂离子电池正极及负极材料表面形成稳定的固体电解质界面膜，有效保护了正负极材料在循环过程的稳定性，进而提高了锂离子电池的能量密度，有效改善了锂离子电池的高温存储稳定性、高温电性能和低温电性能。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种耐高低温电解液，所述耐高低温电解液包括非水有机溶剂、锂盐、第一添加剂和第二添加剂；

4、所述第一添加剂包括碳酸亚乙烯酯，所述第二添加剂包括季戊四醇双环硫酸酯和噻吩类化合物的组合。

5、本发明中，所述耐高低温意指能改善锂离子电池的高温存储稳定性、高温电性能和低温电性能，所述高温意指45～60℃(例如47℃、49℃、51℃、53℃、55℃、57℃或59℃等)，所述低温意指-20～0℃(例如-18℃、-16℃、-14℃、-12℃、-10℃、-8℃、-6℃、-4℃或-2℃等)。

6、本发明中，通过对耐高低温电解液组分的设计，通过各组分的配合作用，进一步通过第二添加剂的使用，用其制备锂离子电池能有效改善锂离子电池的高温存储稳定性、高温电性能和低温电性能。所述第一添加剂中，所述碳酸亚乙烯酯作为负极成膜添加剂，能够优先保护非水有机溶剂，在负极界面发生还原反应，聚合生成高质量的sei膜，能够有效提升电池寿命；所述第二添加剂中季戊四醇双环硫酸酯和噻吩类化合物具有协同作用，达到保护正负极、降低阻抗的作用。其中，季戊四醇双环硫酸酯能拓宽电化学窗口，提高耐高低温电解液在正极的耐氧化性，能够在正负极表面形成稳定的固体电解质界面膜，但形成的固体电解质界面膜的阻抗较高；所述噻吩类化合物能够优先发生氧化反应，形成含硫化合物，能有效提升离子电导率，降低界面阻抗，有效改善电极电解液界面相容性。所述耐高低温电解液能在锂离子电池正极及负极材料表面形成稳定的固体电解质界面膜，抑制高温或低温条件下金属离子溶出导致的正极材料受损、容量衰减，以及金属离子在负极表面的沉积而导致的电解液过度分解、sei膜不断增厚等问题的出现，进而提高了正负极材料在循环过程的稳定性，锂离子电池的能量密度，有效改善了锂离子电池的高温存储稳定性、高温电性能和低温电性能。

7、优选地，以所述耐高低温电解液的总质量为100％计，所述第一添加剂的质量百分比为0.5％-10％，例如1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％或9％等。

8、本发明中，以所述耐高低温电解液的总质量为100％计，所述第一添加剂的质量百分比为0.5％-10％，若第一添加剂的质量百分比过小，则无法形成致密稳定的固体电解质界面膜，锂离子电池循环寿命大大降低；若第一添加剂的质量百分比过大，则形成的固体电解质界面膜过厚，导致锂离子电池的阻抗增加，性能下降。

9、优选地，以所述耐高低温电解液的总质量为100％计，所述第二添加剂的质量百分比为1％-20％，例如2％、4％、6％、8％、10％、12％、14％、16％或18％等。

10、本发明中，以所述耐高低温电解液的总质量为100％计，所述第二添加剂的质量百分比为1％-20％，若第二添加剂的质量百分比过小，则改善锂离子电池的高温存储稳定性、高温电性能和低温电性能的效果不显著；若第二添加剂的质量百分比过大，则制得的锂离子电池性能大大降低，测试时出现容量跳水现象。

11、优选地，所述季戊四醇双环硫酸酯和噻吩类化合物的质量比为4-6:1(例如4.2:1、4.4:1、4.6:1、4.8:1、5:1、5.2:1、5.4:1、5.6:1或5.8:1等)，进一步优选为5:1。

12、优选地，所述噻吩类化合物包括1-硫杂-2,4-环戊二烯。

13、优选地，所述非水有机溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、γ-丁内酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸丙酯或四氢呋喃中的任意一种或至少两种的组合。

14、优选地，以所述耐高低温电解液的总质量为100％计，所述非水有机溶剂的质量百分比为50％-98％，例如55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％或95％等。

15、优选地，所述锂盐包括六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双氟草酸硼酸锂、高氯酸锂或双草酸硼酸锂中的任意一种或至少两种的组合。

16、优选地，以所述耐高低温电解液的总质量为100％计，所述锂盐的质量百分比为0.5％-20％，例如2％、4％、6％、8％、10％、12％、14％、16％或18％等。

17、第二方面，本发明提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包括电池壳体、电芯和如第一方面所述的耐高低温电解液，所述电芯包括正极、负极以及设置在正极和负极之间的隔膜或固态电解质。

18、优选地，所述电芯和耐高低温电解液密封在电池壳体内。

19、优选地，所述正极包括正极活性材料。

20、优选地，所述正极活性材料包括linixcoymnzl(1-x-y-z)o2、licox’l(1-x’)o2、linix”ly’mn(2-x”-y’)o4和liz’mpo4中的任意一种或至少两种的组合。

21、其中，l为co、al、sr、mg、ti、ca、zr、zn、si或fe中的一种或至少两种的组合；m为fe、mn或co中的一种或至少两种的组合，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤x+y+z≤1，0≤x’≤1，0.3≤x”≤0.6，0.01≤y’≤0.2，0.5≤z’≤1。

22、所述x可以为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8或0.9等。

23、所述y可以为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8或0.9等。

24、所述z可以为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8或0.9等。

25、所述x+y+z可以为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8或0.9等。

26、所述x’可以为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8或0.9等。

27、所述x”可以为0.33、0.36、0.39、0.42、0.45、0.48、0.51、0.53、0.56或0.59等。

28、所述y’可以为0.02、0.04、0.06、0.08、0.1、0.12、0.14、0.16或0.18等。

29、所述z’可以为0.55、0.6、0.65、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9或0.95等。

30、优选地，所述负极包括负极活性材料。

31、优选地，所述负极活性材料包括硅基负极活性材料和/或碳基负极活性材料。

32、优选地，所述隔膜的材质为聚丙烯、聚乙烯、玻璃纤维、维尼纶或尼龙中的任意一种或至少两种的组合。

33、优选地，所述固态电解质的材质为聚丙烯、聚乙烯、玻璃纤维、维尼纶或尼龙中的任意一种或至少两种的组合。

34、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

35、本发明提供的耐高低温电解液中，通过非水有机溶剂、锂盐、第一添加剂和第二添加剂的设计以及组分搭配，使所述耐高低温电解液能在锂离子电池正极及负极材料表面形成稳定的固体电解质界面膜，抑制高温或低温条件下金属离子溶出导致的正极材料受损、容量衰减和金属离子在负极表面的沉积而导致的电解液过度分解、sei膜不断增厚等问题的出现，有效保护了正负极材料在循环过程的稳定性，进而提高了锂离子电池的能量密度，有效改善了锂离子电池的高温存储稳定性、高温电性能和低温电性能。