適用於高能量密度鋰離子電池的非水電解液製備方法
2023-09-20 19:21:10
適用於高能量密度鋰離子電池的非水電解液製備方法
【專利摘要】適用於高能量密度鋰離子電池的非水電解液的製備方法，它涉及電化學【技術領域】，它的製備方法為：(a)氮氣保護下將含量為80wt%～85wt%的有機溶劑減壓蒸餾提純和鋰化分子篩脫水，得到精製後的非水有機溶劑，非水有機溶劑的純度大於99.99%，水分含量小於10ppm；(b)、將含量為12wt%～15wt%鋰鹽加入提純後的溶劑，使其濃度為1M得到基礎電解液；(c)、含量為0.01wt%～3wt%的添加劑A，含量為0.1wt%～6wt%的添加劑B加入上述的電解液中。它採用了噻吩、苯並噻吩、2-噻吩甲腈和2-甲基噻吩作為電解液添加劑，其可以在電極表面分解形成一層緻密的保護膜，優化了正負極表面膜，抑制電極的表面活性，從而抑制了電解液主體溶劑在高電壓下的氧化分解，改善鋰離子電池的高電壓循環性能，減輕了脹氣現象。
【專利說明】適用於高能量密度鋰離子電池的非水電解液製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電化學【技術領域】，具體涉及適用於高能量密度鋰離子電池的非水電解液製備方法。
【背景技術】
[0002]鋰離子電池因其優異的循環性能、高的工作電位、環境友好性和無記憶效應等優點迅速佔領了可攜式電子設備移動電源的主要市場。隨著消費者對電子產品輕便性、耐用性要求的提高和鋰離子電池在電動汽車、混合電動車、智能電網等新領域的應用，提高鋰離子電池的能量密度迫在眉睫。眾所周知，提高鋰離子電池的充電截止電壓能有效增加其可逆比容量，從而達到提高電池的能量密度的目的。然而，常規的碳酸酯類電解液在4.5 Vvs.Li/Li+以上會發生顯著的氧化分解反應，並在正極材料表面覆蓋一層高阻抗的物質。同時，正極材料中過渡金屬原子的催化作用和表面效應加速了電解液的分解，從而造成鋰離子電池阻抗的顯著增加，導致電池循環性能的惡化，在長循環中造成容量的大幅衰減。
[0003]為了抑制電解液在高電壓下的氧化分解，通常在正極材料表面包覆惰性金屬氧化物如ZnO、A1203、MgO、有機物PPy或C材料等，防止電解液與正極材料的直接接觸。但正極材料表面包覆層的均勻性很難控制，同時表面包覆也會造成電池比容量的下降、工藝流程的增長和生產成本的大幅度增加。電解液作為鋰離子電池不可或缺的重要組成部分，在正負極之間起著傳導鋰離子的作用，對鋰離子電池的電化學性能有重要影響。通過加入功能添加劑，優化電解液的組分，改善鋰離子電池正負極材料表面膜的形態和成分，對於提高鋰離子電池的電化學性能無疑是一種更為快捷和經濟的途徑。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供適用於高能量密度鋰離子電池的非水電解液製備方法，它採用了噻吩、苯並噻吩、2-噻吩甲腈和2-甲基噻吩作為電解液添加劑，其可以在電極表面分解形成一層緻密的保護膜，優化了正負極表面膜，抑制電極的表面活性，從而抑制了電解液主體溶劑在高電壓下的氧化分解，改善鋰離子電池的高電壓循環性能，減輕了脹氣現象，從而改善了安全性能同時，與LiDFOB的聯用使得改善循環性能的同時保持了較高的首次充放電庫倫效率，從而得到循環性能優異的高能量密度鋰離子電池。
[0005]為了解決【背景技術】所存在的問題，本發明採用以下技術方案:它的製備方法為:(a)氮氣保護下將含量為80wt%? 85wt%的有機溶劑減壓蒸餾提純和鋰化分子篩脫水，得到精製後的非水有機溶劑，非水有機溶劑的純度大於99.99%，水分含量小於IOppm ； (b)、將含量為12wt%?15被％鋰鹽加入提純後的溶劑，使其濃度為IM得到基礎電解液；(C)、含量為
0.01 wt%?3wt%的添加劑A，含量為0.lwt%?6wt%的添加劑B加入上述的電解液中。
[0006]所述的有機溶劑為由碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、Y-丁內酯、碳酸二丙酯、N-甲基吡咯烷酮、N-甲基乙醯胺、N-甲基甲醯胺、二甲基甲醯胺、二乙基甲醯胺、乙腈、丁二腈、己二腈、戊二腈、二甲亞碸、亞硫酸二甲酯、碳酸亞乙烯酯、碳酸甲丙酯、1，3_ 二氧戊環、1，2- 二乙氧基乙烷、1，2- 二甲氧基乙烷、1，2- 二丁氧基、四氫呋喃、2-甲基四氫呋喃、環氧丙烷、乙酸乙酯、乙酸甲酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯，乙酸丙酯及室溫離子液體等所組成的一種或者幾種的混合物構成。
[0007]所述的鋰鹽為六氟磷酸鋰(LiPF6)、六氟砷酸鋰(LiAsF6)、高氯酸鋰(LiClO4)、四氟硼酸鋰(LiBF4)、甲基磺酸鋰(LiCH3SO3)、三氟甲基磺酸鋰(LiCF3SO3)、雙三氟甲基磺醯亞胺鋰LiN(CF3SO2)2)中的任意一種或是其中的幾種混合使用。
[0008]所述的添加劑A為噻吩或噻吩的衍生物中的一種或幾種。
[0009]所述的添加劑B為雙氟草酸硼酸鋰(LiDFOB)、二草酸硼酸鋰(LiBOB)或四氟草酸磷酸鋰(LiTFOP)中的一種或幾種。
[0010]本發明具有以下有益效果:它採用了噻吩、苯並噻吩、2-噻吩甲腈和2-甲基噻吩作為電解液添加劑，其可以在電極表面分解形成一層緻密的保護膜，優化了正負極表面膜，抑制電極的表面活性，從而抑制了電解液主體溶劑在高電壓下的氧化分解，改善鋰離子電池的高電壓循環性能，減輕了脹氣現象，從而改善了安全性能同時，與LiDFOB的聯用使得改善循環性能的同時保持了較高的首次充放電庫倫效率，從而得到循環性能優異的高能量密度鋰離子電池。
[0011]【專利附圖】
【附圖說明】:
圖1為實施例中組裝好的電池在室溫(25°C )下，3?4.5 V電壓範圍內進行電化學性能測試圖。
[0012]【具體實施方式】:
本【具體實施方式】採取以下技術方案:它的製備方法為:(a)氮氣保護下將含量為80wt%?85wt%的有機溶劑減壓蒸餾提純和鋰化分子篩脫水，得到精製後的非水有機溶劑，非水有機溶劑的純度大於99.99%，水分含量小於IOppm ； (b)、將含量為12wt%?15wt%鋰鹽加入提純後的溶劑，使其濃度為IM得到基礎電解液；(c)、含量為0.01 wt%?3wt%的添加劑A，含量為0.lwt%?6wt%的添加劑B加入上述的電解液中。
[0013]所述的有機溶劑為由碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、Y-丁內酯、碳酸二丙酯、N-甲基吡咯烷酮、N-甲基乙醯胺、N-甲基甲醯胺、二甲基甲醯胺、二乙基甲醯胺、乙腈、丁二腈、己二腈、戊二腈、二甲亞碸、亞硫酸二甲酯、碳酸亞乙烯酯、碳酸甲丙酯、1，3_ 二氧戊環、1，2- 二乙氧基乙烷、1，2- 二甲氧基乙烷、1，2- 二丁氧基、四氫呋喃、2-甲基四氫呋喃、環氧丙烷、乙酸乙酯、乙酸甲酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯，乙酸丙酯及室溫離子液體等所組成的一種或者幾種的混合物構成。
[0014]所述的鋰鹽為六氟磷酸鋰(LiPF6)、六氟砷酸鋰(LiAsF6)、高氯酸鋰(LiClO4)、四氟硼酸鋰(LiBF4)、甲基磺酸鋰(LiCH3SO3)、三氟甲基磺酸鋰(LiCF3SO3)、雙三氟甲基磺醯亞胺鋰LiN(CF3SO2)2)中的任意一種或是其中的幾種混合使用。
[0015]所述的添加劑A為噻吩或噻吩的衍生物中的一種或幾種。
[0016]所述的添加劑B為雙氟草酸硼酸鋰(LiDFOB)、二草酸硼酸鋰(LiBOB)或四氟草酸磷酸鋰(LiTFOP)中的一種或幾種。
[0017]本【具體實施方式】具有以下有益效果:它採用了噻吩、苯並噻吩、2-噻吩甲腈和2-甲基噻吩作為電解液添加劑，其可以在電極表面分解形成一層緻密的保護膜，優化了正負極表面膜，抑制電極的表面活性，從而抑制了電解液主體溶劑在高電壓下的氧化分解，改善鋰離子電池的高電壓循環性能，減輕了脹氣現象，從而改善了安全性能同時，與LiDFOB的聯用使得改善循環性能的同時保持了較高的首次充放電庫倫效率，從而得到循環性能優異的高能量密度鋰離子電池。
[0018]本發明實施例中所用的鋰離子電池的正極活性材料選用鈷酸鋰材料(LiCoO2)，負極材料選用人造石墨，每隻電池電解液使用量為2飛g。選用以下不同電解液作為實施例，實施例I為常規商用電解液，作為本發明的比較例。
[0019]實施例1(比較例):
在手套箱內在手套箱內(H2O〈lOppm，0299.99%)配製鋰離子電解液:EC: EMC = I: 2 (wt% )，鋰鹽濃度為IM六氟磷酸鋰(LiPF6 )，共200g裝於氟化瓶中，用該電解液作為鋰離子電池的電解液標記為A，組裝成電池。
[0020]實施例2:
一種鋰離子電池電解液添加劑，結構式如下:
【權利要求】
1.適用於高能量密度鋰離子電池的非水電解液的製備方法，其特徵在於它的製備方法為:(a)氮氣保護下將含量為80wt%?85wt%的有機溶劑減壓蒸餾提純和鋰化分子篩脫水，得到精製後的非水有機溶劑，非水有機溶劑的純度大於99.99%，水分含量小於IOppm ； (b)、將含量為12wt%?15被％鋰鹽加入提純後的溶劑，使其濃度為IM得到基礎電解液；(C)、含量為0.01 wt%?3wt%的添加劑A，含量為0.lwt%?6wt%的添加劑B加入上述的電解液中。
2.根據權利要求1所述適用於高能量密度鋰離子電池的非水電解液的製備方法，其特徵在於所述的有機溶劑為由碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、Y-丁內酯、碳酸二丙酯、N-甲基吡咯烷酮、N-甲基乙醯胺、N-甲基甲醯胺、二甲基甲醯胺、二乙基甲醯胺、乙腈、丁二腈、己二腈、戊二腈、二甲亞碸、亞硫酸二甲酯、碳酸亞乙烯酯、碳酸甲丙酯、1，3_ 二氧戊環、1，2- 二乙氧基乙烷、1，2- 二甲氧基乙烷、1，2- 二丁氧基、四氫呋喃、2-甲基四氫呋喃、環氧丙烷、乙酸乙酯、乙酸甲酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯，乙酸丙酯及室溫離子液體等所組成的一種及幾種的混合物構成。
3.根據權利要求1所述適用於高能量密度鋰離子電池的非水電解液的製備方法，其特徵在於所述的鋰鹽為六氟磷酸鋰(LiPF6)、六氟砷酸鋰(LiAsF6)、高氯酸鋰(LiClO4)、四氟硼酸鋰(LiBF4)、甲基磺酸鋰(LiCH3SO3)、三氟甲基磺酸鋰(LiCF3SO3)、雙三氟甲基磺醯亞胺鋰LiN(CF3SO2)2)中的任意一種及其中的幾種混合使用。
4.根據權利要求1所述適用於高能量密度鋰離子電池的非水電解液的製備方法，其特徵在於所述的添加劑A為噻吩或噻吩的衍生物中的一種及幾種。
5.據權利要求1所述適用於高能量密度鋰離子電池的非水電解液的製備方法，其特徵在於所述的添加劑B為雙氟草酸硼酸鋰(LiDFOB)、二草酸硼酸鋰(LiBOB)或四氟草酸磷酸鋰(LiTFOP)中的一種及幾種。
【文檔編號】H01M10/058GK103730692SQ201310302237
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年7月18日 優先權日:2013年7月18日
【發明者】齊愛, 王超, 顏果春, 李雪鋮 申請人:江西優鋰新材股份有限公司