一種4.45V高電壓鋰電池電解液的製作方法

2023-04-23 09:57:51

（一）技術領域

本發明屬於鋰電池材料的技術領域，特別涉及一種4.45v高電壓鋰電池電解液。

（二）

背景技術：

鋰離子電池因其具有電壓高、充放電壽命長、安全環保等特點，成為可攜式電源和動力電池的首選，隨著鋰電池迅猛發展，人們對他的能量密度要求也越來越高，而目前提升電池能量密度的辦法主要有2種，一種是提高傳統正極材料的充電截止電壓，例如將鈷酸鋰充電電壓提升至4.4v、4.45v，其電池的容量可以提升18％左右，但靠提升充電截止電壓的辦法是有限的，進一步的提升會導致鈷酸鋰過度脫鋰時結構的穩定性差，且隨著工作電壓及充電截止電壓的提高，正極材料的氧化活性提高，正極活性物質與電解液的反應也隨之加速，導致電池在高電壓下氣脹嚴重，循環性能降低，嚴重製約了正極材料性能的發揮。

中國專利cn102683749a公開了「一種高電壓鋰離子電池的非水電解液」，採用氟代溶劑替代常規碳酸酯類溶劑，氟代溶劑的體積比為7～100%。中國專利cn104282939a公開了「一種鋰離子電池高壓電解液」，採用氟代碳酸乙烯酯、三氟代碳酸丙烯酯及氫氟醚組成混合溶劑，六氟磷酸鋰和雙草酸硼酸鋰組成混合鋰鹽。以上專利均提高了高電壓下的鋰離子電池循環性能，但由於大量使用氟代酯使得溶液粘度很大，電導率低影響了電池的整體性能。

所以開發高壓電解液成為目前提升電池能量密度迫切的課題。

（三）

技術實現要素：

本發明為了彌補現有技術的不足，提供了一種4.45v高電壓鋰電池電解液。

本發明是通過如下技術方案實現的：

一種4.45v高電壓鋰電池電解液，其特徵在於，由鋰鹽、高純混合有機溶劑和功能性添加劑組成，所述功能性添加劑含量為電解液1%~10%。

其中，所述鋰鹽包括無機鋰鹽、有機硼酸鋰、磺醯亞胺類鋰鹽中的一種或多種的混合。

進一步，所述無機鋰濃度為1~1.5mol/l，有機硼酸鋰和磺醯亞胺類鋰鹽濃度各為0.1~0.5mol/l。

進一步，無機鋰鹽為lipf6，所述的有機硼酸鋰鹽為二氟草酸硼酸鋰，所述的磺醯亞胺類鋰鹽為雙氟磺醯亞胺鋰。

其中，所述有機溶劑包括兩種或兩種以上碳酸酯類有機溶劑的混合。

進一步，所述碳酸酯類有機溶劑由環狀碳酸酯和線性碳酸酯組成，且環狀碳酸酯和線性碳酸酯的質量比為1:1~3。

進一步，所述環狀碳酸酯包括環狀的碳酸乙烯酯、環狀的碳酸丙烯酯的一種或多種的混合，線性碳酸酯包括碳酸二乙酯、碳酸二甲酯及碳酸甲乙酯、乙酸乙酯等中的一種或多種的混合。

其中，所述功能性添加劑包括亞硫酸酯類，氟代碳酸乙烯酯，磺酸內脂和腈類。

進一步，所述功能添加劑為亞硫酸乙烯酯、亞硫酸丙烯酯、碳酸乙烯亞乙酯、氟代碳酸乙烯酯的一種或多種的混合。

4.45v高電壓鋰電池電解液的製備方法，包括以下步驟：

第一步，加入線性碳酸酯，而後加入事先融化為液體的環狀碳酸酯到乾淨容器；

第二步，待第一步中的混合溶液溫度降至5℃時，在保證溫度不高於5℃情況下緩慢加入上述鋰鹽，持續攪拌直至溶液澄清；

第三步，加入事先融化為液體的功能添加劑繼續攪拌至溶液均一澄清，轉入充滿惰性氣體包裝瓶儲存待用。

本發明的有益效果是：本發明中的無機鋰鹽用於提高電池的電導率和電池的容量；磺醯亞胺類鋰鹽具有極高的導電性，且磺醯亞胺類鋰鹽中的陰離子能與水形成絡合物，阻止水與無機鋰鹽反應生成hf，降低電解液中hf含量，抑制hf對sei膜的破壞及正極材料的溶解，達到保護正極效果；而有機硼酸鋰鹽能在碳負極上形成有緻密的sei膜，且有機硼酸鋰鹽中的陰離子與鈷酸鋰正極材料中溶解的鈷相互作用在電極表面形成難溶物，從而達到保護鈷酸鋰正極材料的目的；亞硫酸酯類有機溶劑能提高有機硼酸鋰鹽的溶解度，並也能在電極表面形成穩定的sei膜，從而進一步提高鋰電池的高壓下循環性能。

（四）具體實施方式

實施例1

將碳酸二乙酯（dec）、碳酸乙烯酯（ec）、碳酸丙烯酯（pc）按照質量比65:30:5依次加入，溫度降至5℃時，在保證溫度不高於10℃情況下緩慢加入鋰鹽，配製六氟磷酸鋰濃度為1.3mol/l、雙氟磺醯亞胺鋰濃度為0.1mol/l、二氟草酸硼酸鋰為0.1mol/l的電解液，持續攪拌直至溶液澄清，而後按照電解液總質量計算添加3%氟代碳酸乙烯酯，充分攪拌，轉入充滿惰性氣體包裝瓶儲存待用。

實施例2

將碳酸二乙酯（dec）、碳酸乙烯酯（ec）、碳酸丙烯酯（pc）按照質量比65:30:5依次加入，溫度降至5℃時，在保證溫度不高於10℃情況下緩慢加入鋰鹽，配製六氟磷酸鋰濃度為1.3mol/l、雙氟磺醯亞胺鋰濃度為0.1mol/l、二氟草酸硼酸鋰為0.1mol/l的電解液，持續攪拌直至溶液澄清，而後按照電解液總質量計算添加2%碳酸乙烯亞乙酯，充分攪拌，轉入充滿惰性氣體包裝瓶儲存待用。

實施例3

將碳酸二乙酯（dec）、碳酸乙烯酯（ec）、碳酸丙烯酯（pc）按照質量比65:30:5依次加入，溫度降至5℃時，在保證溫度不高於10℃情況下緩慢加入鋰鹽，配製六氟磷酸鋰濃度為1.3mol/l、雙氟磺醯亞胺鋰濃度為0.1mol/l、二氟草酸硼酸鋰為0.1mol/l的電解液，持續攪拌直至溶液澄清，而後按照電解液總質量計算添加2%1,3-磺酸內脂，充分攪拌，轉入充滿惰性氣體包裝瓶儲存待用。

實施例4

將碳酸二乙酯（dec）、碳酸乙烯酯（ec）、碳酸丙烯酯（pc）按照質量比65:30:5依次加入，溫度降至5℃時，在保證溫度不高於10℃情況下緩慢加入鋰鹽，配製六氟磷酸鋰濃度為1.3mol/l、雙氟磺醯亞胺鋰濃度為0.1mol/l、二氟草酸硼酸鋰為0.1mol/l的電解液，持續攪拌直至溶液澄清，而後按照電解液總質量計算添加3%氟代碳酸乙烯酯，1%1,3-磺酸內脂，1%碳酸乙烯亞乙酯，充分攪拌，轉入充滿惰性氣體包裝瓶儲存待用。

對比例1

cn102683749a公開了「一種高電壓鋰離子電池的非水電解液」作為對比例1。

對比例2：

中國專利cn104282939a公開了「一種鋰離子電池高壓電解液」，作為對比例2。

將上述4個實施例及2個對比例的電解液進行不同溫度的導電能力測試，數據見表1。由表1可看出，本發明製備4.45v高電壓鋰電池電解液，具有較好的導電能力。

另外，對上述4個實施例及2個對比例的電解液分別填充進設計容量為2ah的4.45v鈷酸鋰軟包電池，進行常溫以1c倍率充放500周測試（充電截止電壓為4.45v），測試結果如表2。由表2可以看出本發明製備4.45v高電壓鋰電池電解液下能夠明顯改善鋰電池循環壽命。

表一

表二

上面以舉例方式對本發明進行了說明，但本發明不限於上述具體實施例，凡基於本發明所做的任何改動或變型均屬於本發明要求保護的範圍。