本公開屬于鋰離子電池負極材料，具體涉及一種鋰離子電池以及低溫應用。

背景技術：

1、在低溫環境下，鋰離子電池存在容量衰減、充電困難等問題，研究發現，其低溫性能的缺陷與石墨負極對電解液的綁定有較大關系。在相關技術中，應用最為廣泛的鋰離子電池是基于碳酸乙烯酯（ec）電解液和石墨陽極的鋰離子電池，但是由于ec溶劑粘度較大、熔點較高，導致低溫下（≤-20?℃）電解液粘度增大、電導率降低，進而影響鋰離子的遷移速率和電池的充放電性能，電池的功率和能量密度會急劇下降。此外，低溫還會加劇電極極化，降低電池容量，影響電池的整體性能。

2、目前鋰離子電池的研發被局限在以高熔點的ec溶劑為主的電解液體系，通過額外添加不同的電解液添加劑或引入外部加熱系統來提高鋰離子電池的低溫性能。例如，用1-甲基-3-[（3-三甲氧基硅基）-丙基]咪唑雙三氟甲烷磺酰胺作為低溫添加劑并添加其他功能添加劑的電解液體系，實現磷酸鐵鋰石墨全電池在-20?℃下76%的放電容量；包括碳酸亞乙烯酯和季戊四醇雙環硫酸酯和噻吩類化合物組合添加劑的電解液體系，實現ncm523和石墨的全電池在-20?℃下80%的放電容量；但是這些添加劑仍無法實現在低于-20?℃的低溫下充電，研究發現，添加劑或其他復雜鋰鹽體系的使用會不可避免的影響正極或負極側性能的發揮。相關技術中還有通過捕捉不能由電池模組吸收的回饋制動能量來為電池模組加熱和保溫的裝置，從而實現鋰離子電池在冬季低溫充電；而加熱系統的使用會對電池電芯及電池組的能量密度帶來負面影響。

3、因此，尋找一種更簡單的電解液體系，在減少甚至無需添加劑以及外部加熱體系輔助的情況下，實現鋰離子電池良好的低溫性能具有深遠意義。

技術實現思路

1、有鑒于此，為了至少部分地解決上述提及的技術問題中的至少之一，本公開提供了一種鋰離子電池，包括負極、正極、隔膜和電解液。其中，負極為表面修飾的石墨材料，其中，修飾材料的功函數小于6?ev；電解液為鋰鹽的有機溶液，其中，電解液的氧化電壓不小于4?v，電解液的熔點小于-40?℃。

2、根據本公開的實施例，電解液的粘度在-40?℃的條件下小于4.5?mpa?s。

3、根據本公開的實施例，溶劑包括第一類溶劑，第一類溶劑包括碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸氟丙酯中的至少一種。

4、根據本公開的實施例，在有機溶液中，第一類溶劑的體積分數為10%-100%。

5、根據本公開的實施例，溶劑還包括第二類溶劑，第二類溶劑包括亞硫酸二甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯，丙酸乙酯、丙酸甲酯、丁酸乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、亞硫酸二乙酯、1,3-二氧戊環、乙二醇二甲醚、二乙醚、乙腈、四氫呋喃、四氫吡喃、2-甲基四氫呋喃中的至少一種。

6、根據本公開的實施例，在有機溶液中，第一類溶劑的體積分數大于10%，第二類溶劑的體積分數大于10%。

7、根據本公開的實施例，第一類溶劑的介電常數大于40，第二類溶劑的介電常數小于30。

8、根據本公開的實施例，鋰鹽包括六氟磷酸鋰、高氯酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、雙氟磺酰亞胺鋰、雙（三氟甲烷磺酰）亞胺鋰、四氟（草酸）磷酸鋰、二氟磷酸鋰、一氟磷酸鋰、雙（草酸）硼酸鋰、四氟硼酸鋰中的至少一種；鋰鹽的濃度為0.5～2?mol/l。

9、根據本公開的實施例，修飾材料鋰離子快離子導體，鋰離子快離子導體包括鋰的氧化物、硫化物、氫化物、鹵化物、硼酸鹽、磷酸鹽和鋰磷氧氮中的至少一種。

10、在本公開的另一方面，還提出了一種前述鋰離子電池作為低溫鋰離子電池的應用，其中，低溫鋰離子電池的工作溫度小于-20?℃。

11、根據本公開的實施例，本公開提出了一種配合改性石墨負極使用的低溫電解液體系，其中，改性后的石墨負極表面可以促進鋰離子的脫溶劑化過程，提升鋰離子在負極和電解液界面之間的轉移速率；電解液為較低熔點的酯類溶劑，或由酯類溶劑和其他種類溶劑構成。該電解液體系兼顧氧化分解電壓高，低溫下仍能保持低粘度（-40?℃，＜4.5?mpa?s）和高電導率（-40?℃，＞1.5?ms/cm）的特點，在改性后石墨負極的配合下，可在無電解液添加劑和外部加熱系統下實現良好的低溫性能。電解液配方的優化，可減弱電池在低溫使用環境中對外部加熱系統的需要，進而可優化電池模組結構，提高能量密度和工作性能。

技術特征：

1.一種鋰離子電池，包括：

2.根據權利要求1所述的鋰離子電池，其中，所述電解液的粘度在-40?℃的條件下小于4.5?mpa?s。

3.根據權利要求1所述的鋰離子電池，其中，所述溶劑包括第一類溶劑，所述第一類溶劑包括碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸氟丙酯中的至少一種。

4.根據權利要求3所述的鋰離子電池，其中，在所述有機溶液中，所述第一類溶劑的體積分數為10%-100%。

5.根據權利要求3所述的鋰離子電池，其中，所述溶劑還包括第二類溶劑，所述第二類溶劑包括亞硫酸二甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯，丙酸乙酯、丙酸甲酯、丁酸乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、亞硫酸二乙酯、1,3-二氧戊環、乙二醇二甲醚、二乙醚、乙腈、四氫呋喃、四氫吡喃、2-甲基四氫呋喃中的至少一種。

6.根據權利要求5所述的鋰離子電池，其中，在所述有機溶液中，所述第一類溶劑的體積分數大于10%，所述第二類溶劑的體積分數大于10%。

7.根據權利要求6所述的鋰離子電池，其中，所述第一類溶劑的介電常數大于40，所述第二類溶劑的介電常數小于30。

8.根據權利要求1所述的鋰離子電池，其中，所述鋰鹽包括六氟磷酸鋰、高氯酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、雙氟磺酰亞胺鋰、雙（三氟甲烷磺酰）亞胺鋰、四氟（草酸）磷酸鋰、二氟磷酸鋰、一氟磷酸鋰、雙（草酸）硼酸鋰、四氟硼酸鋰中的至少一種；所述鋰鹽的濃度為0.5～2?mol/l。

9.根據權利要求1所述的鋰離子電池，其中，所述修飾材料為鋰離子快離子導體，所述鋰離子快離子導體包括鋰的氧化物、硫化物、氫化物、鹵化物、硼酸鹽、磷酸鹽和鋰磷氧氮中的至少一種。

10.如權利要求1~9中任一項所述的鋰離子電池作為低溫鋰離子電池的應用，其中，所述低溫鋰離子電池的工作溫度小于-20?℃。

技術總結
本公開提出了一種鋰離子電池，包括負極、正極、隔膜和電解液。其中，負極為表面修飾的石墨材料，其中，修飾材料的功函數小于6?eV；電解液為鋰鹽的有機溶液，其中，電解液的氧化電壓不小于4?V，電解液的熔點小于?40?℃。在本公開的另一方面，還提出了一種前述鋰離子電池作為低溫鋰離子電池的應用，其中，低溫鋰離子電池的工作溫度小于?20?℃。

技術研發人員：季恒星,黃穎珊,金洪昌,王超楠
受保護的技術使用者：中國科學技術大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28