本發(fā)明涉及鋰離子電池領(lǐng)域，具體地，涉及電解液及其應(yīng)用和鋰離子電池。

背景技術(shù)：

隨著“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃中再次明確了新能源汽車、新能源和節(jié)能環(huán)保等綠色低碳產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略地位，我國動力電池領(lǐng)域?qū)⒊掷m(xù)得到巨大的發(fā)展，其中磷酸鐵鋰鋰離子電池以其優(yōu)異的循環(huán)性、安全性且綠色環(huán)保而受到廣泛應(yīng)用。但傳統(tǒng)的磷酸鐵鋰因其較低的離子遷移率和電子電導(dǎo)率，漸漸不能滿足新能源汽車動力電池使用要求，主要體現(xiàn)在：1、大倍率充放電性能較差，鋰離子電池在大倍率充放電時，電池內(nèi)部極化增加，內(nèi)阻增大，溫升較快，嚴(yán)重時甚至發(fā)生短路，存在較大的安全隱患。2、低溫放電性能差，相比于常溫及高溫環(huán)境，低溫環(huán)境下，磷酸鐵鋰電池的離子遷移率和導(dǎo)電率隨數(shù)量級的趨勢下降，導(dǎo)致電池放電電壓平臺的下降，造成電池容量的減小甚至于放不出電。如何實現(xiàn)磷酸鐵鋰鋰離子電池在大倍率電流情況下快速充放電以及低溫環(huán)境下有效放電以成為當(dāng)前技術(shù)人員急需解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種電解液，使用本發(fā)明的電解液作為電池材料能夠解決電池在大倍率電流條件下不能快速充放電以及在低溫環(huán)境中不能有效放電的問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種電解液，所述電解液含有：主鹽、有機酯、有機添加劑和IA族金屬元素鹵鹽和/或碳酸鋰。

本發(fā)明還提供了電解液在電池材料中的應(yīng)用。

本發(fā)明還提供了一種鋰離子電池。

通過上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供了一種電解液，所述電解液含有：主鹽、有機酯、有機添加劑和IA族金屬元素鹵鹽和/或碳酸鋰，該電解液作為電池材料能夠使得電池在大倍率電流條件下快速充放電以及在低溫環(huán)境中能有效放電；本發(fā)明還提供了一種鋰離子電池，所述鋰離子電池包括正極材料、負(fù)極材料、隔膜和電解液；所述電解液為上述的電解液，優(yōu)選的，正極材料包括改性的磷酸鐵鋰，通過本發(fā)明提供的方法得到的改性磷酸鐵鋰具備較高的離子遷移率和電子電導(dǎo)率，其與電解液相配合，可以提高制得的鋰離子電池的充放電性能，減少電池內(nèi)部的極化；同時可以使得鋰離子電池在大倍率電流下快速充放電，在低溫環(huán)境下也能保持優(yōu)良的充放電性能。

本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細(xì)說明。

附圖說明

附圖是用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1是按照本發(fā)明實施例1的方法制備的鋰離子電池8C倍率充放電曲線；

圖2是按照本發(fā)明實施例1的方法制備的鋰離子電池1C倍率下充電5C倍率下放電循環(huán)性能曲線；

圖3是按照本發(fā)明實施例1的方法制備的鋰離子電池在-20℃溫度下5C低溫倍率放電曲線。

附圖說明

1-放電曲線 2-充電曲線

具體實施方式

以下對本發(fā)明的具體實施方式進行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。

本發(fā)明提供了一種電解液，所述電解液含有：主鹽、有機酯、有機添加劑和IA族金屬元素鹵鹽和/或碳酸鋰。

在本發(fā)明的一種優(yōu)選的實施方式中，為了進一步提高上述電解液作為電池材料的性能，提高電池的充放電能力和低溫環(huán)境下的放電能力，相對于1L電解液，主鹽的含量為1-1.15mol/L；

以電解液的總重量為基準(zhǔn)，有機酯的含量為60-90重量％、有機添加劑的含量為0.5-2.5重量％，IA族金屬元素鹵鹽和/或碳酸鋰的含量為0.5-5重量％。

在本發(fā)明的一種優(yōu)選的實施方式中，有機酯為碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯和碳酸二甲酯一種或多種；和/或有機添加劑為碳酸亞乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、亞硫乙烯酸酯和碳酸乙烯亞乙酯中的一種或多種；IA族金屬元素鹵鹽為氯化鈉和/或氯化鉀。

為了進一步提高上述電解液作為電池材料的性能，提高電池的充放電能力和低溫環(huán)境下的放電能力，所述主鹽為六氟磷酸鋰；以電解液的總重量為基準(zhǔn)，所述有機酯包括25-35重量％的碳酸乙烯酯、25-35重量％的碳酸二乙酯和25-35重量％的碳酸甲乙酯；所述IA族金屬元素鹵鹽為氯化鈉。

本發(fā)明還提供了一種鋰離子電池，該鋰離子電池包括正極材料、負(fù)極材料、隔膜和上述電解液；該電解液應(yīng)用在鋰離子電池中，可以提高鋰離子電池的充放電能力，且在低溫環(huán)境下可以提高電池的放電能力。

在本發(fā)明的一種優(yōu)選的實施方式中，所述正極材料包括改性磷酸鐵鋰，所述改性磷酸鐵鋰的制備方法包括：將磷酸鐵鋰、含氮石墨烯和有機溶劑混合，干燥后進行第一熱處理。

在本發(fā)明的一種優(yōu)選的實施方式中，為了提高制得的改性磷酸鐵鋰的離子遷移率和電子電導(dǎo)率，含氮石墨烯的制備步驟包括：將氧化石墨烯和尿素混合攪拌、可選的進行干燥，然后進行第二熱處理，得到含氮石墨烯。

在本發(fā)明的一種優(yōu)選的實施方式中，為了進一步增加改性磷酸鐵鋰的性能，使得其和電解液相能夠進一步提高電池的充放電性能和低溫放電性能，優(yōu)選氧化石墨烯與尿素按摩爾比為1：1-1.5的比例進行混合，含氮石墨烯與磷酸鐵鋰按質(zhì)量比為1：5-20進行混合。

根據(jù)本發(fā)明，所述有機溶劑的種類的可選范圍較寬，能夠使氧化石墨烯和尿素混合為均相且不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的有機溶劑均可以用于本發(fā)明，例如為乙二醇、乙醇和丙二醇中的一種或多種。

在本發(fā)明的一種優(yōu)選的實施方式中，優(yōu)選所述改性磷酸鐵鋰的D50為2-5μm，其比表面積為15-25m²/g；得到的改性磷酸鐵鋰具備較小的中位徑和比表面積，使得改性磷酸鐵鋰具備較高的離子遷移率和電子電導(dǎo)率。

在上述鋰離子電池中，所述正極材料包括：正極活性物質(zhì)、粘接劑和導(dǎo)電劑；所述粘接劑可以為聚偏氟乙烯、丁苯橡膠等本領(lǐng)域人員常用的電池用粘接劑，導(dǎo)電劑可以依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)進行選擇，針對本發(fā)明，優(yōu)選為碳黑、導(dǎo)電石墨、乙炔黑、碳納米纖維和碳納米管中的一種或多種。

在上述鋰離子電池中，所述負(fù)極材料包括石墨、丁苯橡膠、導(dǎo)電劑和羧甲基纖維素鈉；其中，導(dǎo)電劑例如可以為碳黑、導(dǎo)電石墨、乙炔黑、碳納米纖維和碳納米管中的一種或多種，隔膜例如可以為纖維素隔膜、聚烯烴類陶瓷薄膜或聚酯無紡布陶瓷隔膜中的一種。

為了進一步提高制得的鋰離子電池的性能，相對于100重量份的正極材料，所述改性磷酸鐵鋰的用量為92-97重量份，所述聚偏氟乙烯的用量為1.5-4重量份，所述導(dǎo)電劑的用量為1.5-4重量份；相對于100重量份的負(fù)極材料，所述石墨的用量為91-96重量份，所述丁苯橡膠的用量為2-4重量份，所述導(dǎo)電劑的用量為1-3重量份，所述羧甲基纖維素鈉的用量為1-2重量份。

以下實施例中，聚偏氟乙烯為蘇州德詩科塑化有限公司提供的牌號為1008的市售品。

實施例1

將氧化石墨烯和尿素混合攪拌(氧化石墨烯與尿素的摩爾比為1：1.2)、進行干燥，然后進行第二熱處理(溫度為700℃，時間為1.5h)，得到含氮石墨烯；將磷酸鐵鋰、所述含氮石墨烯和乙二醇混合(含氮石墨烯與磷酸鐵鋰按質(zhì)量比為1：10進行混合)，干燥后進行第一熱處理(溫度為700℃，時間為1.5h)，得到改性磷酸鐵鋰(得到的改性磷酸鐵鋰的D50為3.2μm，其比表面積為20m²/g)；

利用上述改性磷酸鐵鋰制得的鋰離子電池，該電池包括正極材料、負(fù)極材料、纖維素隔膜和電解液，該電池的正極材料包括改性磷酸鐵鋰，聚偏氟乙烯和碳黑，該電池的負(fù)極材料包括石墨、丁苯橡膠、導(dǎo)電石墨和羧甲基纖維素鈉；其中，正極材料的用量為100g(其中，改性磷酸鐵鋰的用量為95g，聚偏氟乙烯的用量為2.5g，碳黑的用量為2.5g)；負(fù)極材料的用量為100g(其中，所述石墨的用量為93g，所述丁苯橡膠的用量為3g，所述導(dǎo)電石墨的用量為2g，所述羧甲基纖維素鈉的用量為2g)。

其中，電解液為1L，包括濃度為1mol/L的六氟磷酸鋰；25重量％的碳酸乙烯酯、25重量％的碳酸二乙酯、25重量％的碳酸甲乙酯；0.5重量％氯化鈉和0.5重量％的碳酸鋰。

上述鋰離子電池的制備采用現(xiàn)有技術(shù)進行制備，并對制得的鋰離子電池進行性能測試，其結(jié)果見圖1-3。

實施例2

將氧化石墨烯和尿素混合攪拌(氧化石墨烯與尿素的摩爾比為1：1)、可選的進行干燥，然后進行第二熱處理(溫度為500℃，時間為1h)，得到含氮石墨烯；將磷酸鐵鋰、所述含氮石墨烯和乙二醇混合(含氮石墨烯與磷酸鐵鋰按質(zhì)量比為1：5進行混合)，干燥后進行第一熱處理(溫度為500℃，時間為1h)，得到改性磷酸鐵鋰(得到的改性磷酸鐵鋰的D50為2μm，其比表面積為15m²/g)；

利用上述改性磷酸鐵鋰制得的鋰離子電池，該電池包括正極材料、負(fù)極材料、聚烯烴類陶瓷薄膜和電解液，該電池的正極材料包括改性磷酸鐵鋰，聚偏氟乙烯和碳黑，該電池的負(fù)極包括石墨、丁苯橡膠、導(dǎo)電石墨和羧甲基纖維素鈉；其中，正極材料的用量為100g(其中，所述改性磷酸鐵鋰的用量為92g，所述聚偏氟乙烯的用量為4g，所述碳黑的用量為4g)；負(fù)極材料的用量為100g(其中，所述石墨的用量為91g，所述丁苯橡膠的用量為4g，所述導(dǎo)電石墨的用量為3g，所述羧甲基纖維素鈉的用量為2g)。

其中，電解液為1L，包括濃度為1.15mol/L的六氟磷酸鋰；35重量％的碳酸乙烯酯、35重量％的碳酸二乙酯、35重量％的碳酸甲乙酯；5重量％氯化鈉和5重量％的碳酸鋰。

上述鋰離子電池的制備采用現(xiàn)有技術(shù)進行制備。

實施例3

將氧化石墨烯和尿素混合攪拌(氧化石墨烯與尿素的摩爾比為1：1.5)、可選的進行干燥，然后進行第二熱處理(溫度為900℃，時間為2.5h)，得到含氮石墨烯；將磷酸鐵鋰、所述含氮石墨烯和乙二醇混合(含氮石墨烯與磷酸鐵鋰按質(zhì)量比為1：20進行混合)，干燥后進行第一熱處理(溫度為900℃，時間為2.5h)，得到改性磷酸鐵鋰(得到的改性磷酸鐵鋰的D50為5μm，其比表面積為25m²/g)；

利用上述改性磷酸鐵鋰制得的鋰離子電池，該電池包括正極材料、負(fù)極材料、聚酯無紡布陶瓷隔膜和電解液，該電池的正極材料包括改性磷酸鐵鋰，聚偏氟乙烯和碳黑，該電池的負(fù)極包括石墨、丁苯橡膠、導(dǎo)電石墨和羧甲基纖維素鈉；其中，正極材料的用量為100g(其中，所述改性磷酸鐵鋰的用量為97g，所述聚偏氟乙烯的用量為1.5g，所述碳黑的用量為1.5g)；負(fù)極材料的用量為100g(其中，所述石墨的用量為96g，所述丁苯橡膠的用量為2g，所述導(dǎo)電石墨的用量為1g，所述羧甲基纖維素鈉的用量為1g)。

其中，電解液為1L，包括濃度為1.05mol/L的六氟磷酸鋰；30重量％的碳酸乙烯酯、30重量％的碳酸二乙酯、30重量％的碳酸甲乙酯；2重量％氯化鈉和2重量％的碳酸鋰。

上述鋰離子電池的制備采用現(xiàn)有技術(shù)進行制備。

實施例4

一種鋰離子電池，該電池包括正極材料、負(fù)極材料、纖維素隔膜和電解液，該電池的正極材料包括磷酸鐵鋰，聚偏氟乙烯和碳黑，該電池的負(fù)極包括石墨、丁苯橡膠、導(dǎo)電石墨和羧甲基纖維素鈉；其中，正極材料的用量為100g(其中，所述磷酸鐵鋰的用量為97g，所述聚偏氟乙烯的用量為1.5g，所述碳黑的用量為1.5g)；負(fù)極材料的用量為100g(其中，所述石墨的用量為96g，所述丁苯橡膠的用量為2g，所述導(dǎo)電石墨的用量為1g，所述羧甲基纖維素鈉的用量為1g)。

其中，電解液為1L，包括濃度為1.05mol/L的六氟磷酸鋰；30重量％的碳酸乙烯酯、30重量％的碳酸二乙酯、30重量％的碳酸甲乙酯；2重量％氯化鈉和2重量％的碳酸鋰。

上述鋰離子電池的制備采用現(xiàn)有技術(shù)進行制備。

對比例1

一種鋰離子電池，該電池包括正極材料、負(fù)極材料、纖維素隔膜和電解液，該電池的正極材料包括磷酸鐵鋰，聚偏氟乙烯和碳黑，該電池的負(fù)極包括石墨、丁苯橡膠、導(dǎo)電石墨和羧甲基纖維素鈉；其中，正極材料的用量為100g(其中，所述磷酸鐵鋰的用量為97g，所述聚偏氟乙烯的用量為1.5g，所述碳黑的用量為1.5g)；負(fù)極材料的用量為100g(其中，所述石墨的用量為96g，所述丁苯橡膠的用量為2g，所述導(dǎo)電石墨的用量為1g，所述羧甲基纖維素鈉的用量為1g)。

上述電解液為本領(lǐng)域人員常用的鋰離子電池電解液(其配方為：相對于1L的電解液，六氟磷酸鋰的濃度為0.8mol/L，10重量％碳酸丙烯酯、15％碳酸乙烯酯和25％碳酸二乙酯)

上述鋰離子電池的制備采用現(xiàn)有技術(shù)進行制備。

測試?yán)?/p>

將實施例1制得的鋰離子電池進行性能測試，測試其在25℃環(huán)境下8C倍率充放電性能，以及其在1C倍率充電5C倍率放電時的循環(huán)性能；測試其在-20℃下，5C倍率放電性能，檢測結(jié)果見圖1-圖3，由圖1-圖3可以看出：在25℃的環(huán)境下，8C倍率電流充放電，放電容量達額定容量的95％以上，且1C充電5C放電循環(huán)2000次，容量保持率在90％以上；在-20℃下，以5C倍率電流放電，放電容量達額定容量的80％以上。

將對比例1制得的鋰離子電池進行性能測試，測試其在25℃環(huán)境下8C倍率充放電性能，以及其在1C倍率充電5C倍率放電時的循環(huán)性能；測試其在-20℃下，5C倍率放電性能。

通過上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明提供的電解液用于鋰離子電池具有優(yōu)異的充放電性能，并且在低溫環(huán)境下放電性能良好，實施例1制得的鋰離子電池的經(jīng)過檢測顯示該鋰離子電池的具體性能如下：在25℃的環(huán)境下，8C倍率電流充放電，放電容量達額定容量的95％以上，且1C充電5C放電循環(huán)2000次，容量保持率在90％以上；在-20℃下，以5C倍率電流放電，放電容量達額定容量的80％以上。

對比例1制得的鋰離子電池經(jīng)過檢測顯示該鋰離子電池的具體性能如下：在25℃的環(huán)境下，8C倍率電流充放電，放電容量達額定容量不足60％，且1C充電5C放電循環(huán)只能達到1200次；在-20℃下，以5C倍率電流放電，放電容量達額定容量不足45％。

綜上，實施例1制得的鋰離子電池較對比例1制得的鋰離子電池具備更為優(yōu)良的充放電性能，而且在低溫環(huán)境下放電效果更優(yōu)。

以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。

另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合，為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明對各種可能的組合方式不再另行說明。

此外，本發(fā)明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。