CN102437373A - 一种用于磷酸铁锂动力电池的电解液及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于磷酸铁锂动力电池的电解液及制备方法，其特征在于它由六氟磷酸锂、有机溶剂和添加剂组成，将有机溶剂经过常压精馏和减压精馏提纯，在氩气保护下，水分＜10ppm，氧分＜10ppm条件下，将提纯的两种或两种以上的溶剂混合搅拌，冷冻，然后将12～15%六氟磷酸锂缓慢的加入80～85%溶剂中，再搅拌，加入3～5%添加剂搅拌均匀，制成的电解液置入不锈钢的钢瓶中充高纯氩气抽真空置换三次，得到动力电池的电解液，该电解液具有导电率高，无毒或毒性较小，在低温条件下有良好的容量保持率的优点及效果。

Description

一种用于磷酸铁锂动力电池的电解液及制备方法

技术领域

本发明涉及一种用于磷酸铁锂动力电池的电解液，属电池材料领域。

本发明还涉及该电解液的制备方法。

背景技术

目前锂离子动力电池所使用的正极材料主要是磷酸铁锂和锰酸锂，负极材料以人造石墨类为主，而磷酸铁锂是一种应用前景十分广泛的锂离子二次电池正极材料，磷酸铁锂具有原料资源丰富、价格便宜、无毒、环境友好、安全性高等优点，然而目前市场上的磷酸铁锂电池还存在一些不足，如高温下的容量衰减和循环寿命较差，低温下放电容量低，电池在过充条件下，电解液会氧化分解，影响电解液与正负极材料的兼容性、匹配性和安全性。

目前已有的锂离子电池电解液都是由以下几种碳酸酯类有机溶剂混合而成，主要溶剂有碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙烯酯、乙酸乙酯、氟代苯、碳酸钾丙烯酯或碳酸乙丁酯；主要添加剂有碳酸亚乙烯酯、1，3-丙磺酸内酯、环乙基苯、联苯、甲烷二磺酸亚甲酯、亚磷酸三苯酯、三(2，2，2-三氟乙基)，溶剂配方不合理或不同的添加剂影响锂离子电池电解液的使用温度，导电锂盐有六氟磷酸锂、六氟合砷酸锂、高氯酸锂、六氟硼酸锂、三氟甲基黄酸锂，其中六氟合砷酸锂离子导电率较高易纯化且稳定性较好，但含有有毒的As，使用受到限制；六氟磷酸锂具有较高的离子导电率但会发生分解，因此目前锂离子电池基本上是使用LiPF6；高氯酸锂有较高的氧化性，容易出现爆炸安全性问题；六氟硼酸锂化学及热稳定性不好且导电率不高；三氟甲基黄酸锂导电率差且对电极有腐蚀作用，较少使用。

发明内容

本发明的目的正是为了克服上述己有技术的缺点与不足而提供一种具有容量发挥高、防过充性能好的磷酸铁锂动力电池的电解液，从而与正、负极材料具有良好的兼容性、匹配性和安全性。

本发明还提供该电解液的制备方法。

本发明的目的是通过下列技术方案实现的：

一种用于磷酸铁锂动力电池的电解液，它由下述重量百分比的原料组成：

六氟磷酸锂12～15％、有机溶剂80～85％和3～5％添加剂，

所述的有机溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙烯酯或乙酸乙酯中的两种或两种以上的组合；

所述添加剂选自碳酸亚乙烯酯、1，3-丙磺酸内酯、环乙基苯、联苯、磷酸三甲酯、二氟乙酸乙酯或N，N’-二环乙基碳二正胺中的两种或两种以上的组合。

所述磷酸铁锂动力电池的电解液的制备方法，它按下述步骤进行：

(a)将两种或两种以上的有机溶剂分别经过常压精馏和减压精馏提纯至纯度＞99.96％，水分＜10ppm的提纯的有机溶剂，

(b)在氩气保护下，水分＜10ppm，氧分＜10ppm条件下，将(a)项提纯的两种或两种以上的有机溶剂混合搅拌15分钟，冷冻至-10～0℃，然后将12～15％六氟磷酸锂缓慢的加入混合溶剂中，再搅拌15分钟，加入3～5％添加剂搅拌均匀，制成的电解液置入不锈钢的钢瓶中充高纯氩气抽真空置换三次，得到本发明的动力电池的电解液。

由于锂离子电池充放电电位较高，而且阳极材料嵌有较大活性的锂，所以电解质必须采用有机化合物而不能含有水，但有机物离子导电率都不好，所以要在有机溶剂中加入可溶解的导电盐以提高离子的电导率。本发明中采用六氟磷酸锂。

有机溶剂占电解液含量的80～85％，是电解液的主要成分，既能导电又为锂离子提供了良好的移动媒介。

所述添加剂选自碳酸亚乙烯酯、1，3-丙磺酸内酯、环乙基苯、联苯、亚磷酸三甲酯、二氟乙酸乙酯、氟代碳酸乙烯酯其中碳酸亚乙烯酯为主要成膜添加剂；环乙基苯、联苯为防过充添加剂；、亚磷酸三甲酯、二氟乙酸乙酯为阻燃添加剂；N，N’-二环乙基碳二正胺主要是用来控制电解液中H2O和HF的含量。

这些添加剂较少用量既能改善电池的一种或几种性能；不与电池中其它材料发生副反应；与有机溶剂有较好的相容性，有的甚至能完全溶于其中；价格相对较低；无毒性或毒性较小。

本发明提供了一种在低温条件下容量保持率性能良好的用于磷酸铁锂动力电池的电解液，从而与正、负极材料具有良好的兼容性、匹配性和安全性。

由于采取上述技术方案使本发明技术与己有技术相比具有如下优点及效果：

(a)本发明的非水有机溶剂中加入可溶解的六氟磷酸锂导电盐，提高离子的电导率；

(b)添加剂用量较少既能改善电池的多种性能又不与电池中其它材料发生副反应，与有机溶剂有较好的相容性，目前价格相对较低，无毒性或毒性较小；

(c)本发明提供的电解液在低温条件下具有良好的容量保持率。

具体实施方式

实施例1

将碳酸乙烯酯12g、碳酸二甲酯30g和碳酸甲乙烯酯38g，分别经过常压精馏和减压精馏提纯至纯度＞99.96％、水分＜10ppm的提纯的溶剂在氩气保护下，水分＜10ppm，氧分＜10ppm条件下，混合搅拌15分钟，冷冻至-10～0℃，然后将15g六氟磷酸锂缓慢的加入混合溶剂中，再搅拌15分钟，再加入碳酸亚乙烯酯2g、1，3-丙磺酸内酯1g和磷酸三甲酯1g，N，N’-二环乙基碳二正胺1g，搅拌均匀，制成的电解液置入不锈钢的钢瓶中充高纯氩气抽真空置换三次，即得到动力电池的电解液。

实施例2

将碳酸乙烯酯16g、碳酸二甲酯26g和碳酸甲乙烯酯40g，分别经过常压精馏和减压精馏提纯至纯度＞99.96％、水分＜10ppm的提纯溶剂在氩气保护下，水分＜10ppm，氧分＜10ppm条件下，混合搅拌15分钟，冷冻至-10～0℃，然后将14g六氟磷酸锂缓慢的加入混合溶剂中，再搅拌15分钟，再加入碳酸亚乙烯酯1g、1，3-丙磺酸内酯1g，联苯1g，N，N’-二环乙基碳二正胺1g，搅拌均匀，制成的电解液置入不锈钢的钢瓶中用充高纯氩气抽真空置换三次，即得到动力电池的电解液。

实施例3

将碳酸乙烯酯28g、碳酸二甲酯36g、碳酸二乙酯20g，分别经过常压精馏和减压精馏提纯至纯度＞99.96％、水分＜10ppm的提纯溶剂在氩气保护下，水分＜10ppm，氧分＜10ppm条件下，混合搅拌15分钟，冷冻至-10～0℃，然后将13g六氟磷酸锂缓慢的加入混合溶剂中，再搅拌15分钟，再加入碳酸亚乙烯酯1g，1，3-丙磺酸内酯1g，环己基苯1g，搅拌均匀，制成的电解液置入不锈钢的钢瓶中用充高纯氩气抽真空置换三次，即得到动力电池的电解液。

实施例4

将碳酸二甲酯43g和碳酸二乙酯38g，分别经过常压精馏和减压精馏提纯至纯度＞99.96％、水分＜10ppm的提纯溶剂在氩气保护下，水分＜10ppm，氧分＜10ppm条件下，混合搅拌15分钟，冷冻至-10～0℃，然后将14g六氟磷酸锂缓慢的加入混合溶剂中，再搅拌15分钟，再加入1，3-丙烷磺酸内酯1g，碳酸亚乙烯酯2g，磷酸三甲酯1g，N，N’-二环乙基碳二正胺1g搅拌均匀，制成的电解液置入不锈钢的钢瓶中用充高纯氩气抽真空置换三次，即得到动力电池的电解液。

制备正极材料为磷酸铁锂，负极为人造石墨的圆柱电池电芯，和软包电池电芯，并用实施例1-4的电解液分别注液，组装成锂离子二次电池。分别测试电池的低温性能，本专利采用软包电池进行测试。

测试条件：电池在25℃常温条件下以0.5CmA的电流恒流充电至3.65V充电至电流0.01mA，然后在特定温度的环境下以0.5CmA的电流放电至2.0V

低温测试数据表-1

低温测试数据表-2

低温测试数据表-3

低温测试数据表-4

说明了本发明的电解液在低温条件下具有良好的容量保持率。

Claims (2)

1.一种用于磷酸铁锂动力电池的电解液，其特征在于它由下述重量百分比的原料组成：

             六氟磷酸锂12～15%、有机溶剂80～85%和3～5%添加剂，

所述的有机溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙烯酯或乙酸乙酯中的两种或两种以上的组合；

所述添加剂选自碳酸亚乙烯酯、1，3-丙磺酸内酯、环乙基苯、联苯、磷酸三甲酯、二氟乙酸乙酯或N,N^’—二环乙基碳二正胺中的两种或两种以上的组合。

2.根据权利要求1所述磷酸铁锂动力电池的电解液的制备方法，其特征在于它按下述步骤进行：

（a）将两种或两种以上有机溶剂分别经过常压精馏和减压精馏提纯至纯度＞99.96%，水分＜10ppm的提纯的有机溶剂，

（b）在氩气保护下，水分＜10ppm，氧分＜10ppm条件下，将（a）项提纯的两种或两种以上的有机溶剂混合搅拌15分钟，冷冻至-10～0℃，然后将12～15% 六氟磷酸锂缓慢的加入混合溶液中，再搅拌15分钟，加入3～5%添加剂搅拌均匀，制成的电解液置入不锈钢的钢瓶中充高纯氩气抽真空置换三次，得到动力电池的电解液。