CN105514496A - 一种锂离子电池电解液及其制备方法 - Google Patents

一种锂离子电池电解液及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池电解液，按质量百分比由以下组分组成：有机溶剂70％～85％，LiPF6为5％～15％，添加剂10％～15％，以上组分的含量总和为100％。本发明还公开了其制备方法，包括：步骤1、按照质量百分比分别称取有机溶剂、LiPF6及添加剂；步骤2、在充有氩气且H2O的浓度小于50ppm的手套箱中依次加入机溶剂、LiPF6及添加剂，然后充分搅拌均匀，得到锂离子电池电解液。本发明方法抑制了电池电解液与石墨类负极发生溶剂化锂离子共嵌入的问题，提高了锂离子电池首次充放电效率和电池循环寿命，同时，添加剂引入磷酸酯基团，使得电解液变得难燃提高了电解液的安全性，适合大规模工业化生产。

Description

一种锂离子电池电解液及其制备方法
技术领域
本发明属于化学电源技术领域，涉及一种锂离子电池电解液，本发明还涉及该锂离子电池电解液的制备方法。
背景技术
锂离子电池技术的飞速发展，特别是在电动汽车行业的广泛应用，对电池的高容量、高电压、长的使用寿命及安全性问题，促使锂离子电池正极、负极、电解液、隔膜材料呈现出多样性。目前锂离子电池电解液的制备工艺，采用高纯度的LiPF6与常用的电解液体系通过工艺复合配制的，常用的电解液体系包括碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯电解液体系、碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯电解液体系、碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯电解液体系、碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯和碳酸二乙酯(EC+DMC、EC+DEC、EC+DMC+EMC、EC+DMC+DEC)电解液体系。LiPF6是最常用的电解质锂盐，六氟磷酸锂电池放电容量大、电导率高、内阻小、充电速度快、用于电池中安全性好、适合锂离子电池的工业化大规模使用。石墨类负极材料价格低廉，原料来源丰富，但表面呈现非极性，与电解液相容性差，首次充放电成膜过程中容易发生溶剂化锂离子共嵌入，引起石墨层剥离，严重影响首次充放电效率和电池循环寿命，因此急需解决这方面问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种锂离子电池电解液，解决现有技术中锂离子电池电解液与石墨类负极材料相容性差，容易发生溶剂化锂离子共嵌入，引起石墨层剥离，影响锂离子电池首次充放电效率和电池循环寿命的问题；同时，电解液中磷酸酯基团的加入使得电解液燃烧时自熄时间大大缩短，即电解液变得难燃从而提高电解液的安全性。
本发明的另一目的是提供上述锂离子电池电解液的制备方法，解决现有电池电解液制备方法中存在的电池电解液首次充放电效率低、循环寿命差的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种锂离子电池电解液，按照质量百分比由以下组分组成：有机溶剂70％～85％，LiPF65％～15％，添加剂10％～15％，以上组分的含量总和为100％。
本发明的特点还在于，
其中有机溶剂为碳酸乙烯酯与碳酸二甲酯的混合物，或者碳酸乙烯酯与碳酸二乙酯的混合物，混合物中两种物质之间质量比为1:1。
其中有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯与碳酸甲乙酯的混合物，或者碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯与碳酸二乙酯的混合物，混合物中三种物质之间质量比为1:1:1。
其中添加剂为碳酸亚乙烯酯、丙烷磺酸内酯和烯丙基磷酸酯化合物的混合物，其中碳酸亚乙烯酯占添加剂的质量百分比为14％～20％，丙烷磺酸内酯占添加剂的质量百分比为20％～30％，烯丙基磷酸酯化合物占添加剂的质量百分比为50％～66％，以上组分的含量总和为100％。
其中烯丙基磷酸酯化合物为二(2-甲氧基乙基)烯丙基磷酸酯，二(2-甲氧基丙基)烯丙基磷酸酯或2-甲氧基乙基-4-甲氧基丙基-烯丙基磷酸酯中的一种。
本发明的另一技术方案是，一种锂离子电池电解液的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1、按照质量百分比称取70％～85％的有机溶剂，5％～15％的LiPF6，10％～15％的添加剂，以上组分的含量总和为100％；
步骤2、在充有氩气且H2O的浓度小于50ppm的手套箱中依次加入有机溶剂、LiPF6及添加剂，然后充分搅拌均匀，得到锂离子电池电解液。
本发明的特点还在于，
其中有机溶剂为碳酸乙烯酯与碳酸二甲酯的混合物，或者碳酸乙烯酯与碳酸二乙酯的混合物，混合物中两种物质之间质量比为1:1。
其中有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯与碳酸甲乙酯的混合物，或者碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯与碳酸二乙酯的混合物，混合物中三种物质之间质量比为1:1:1。
其中添加剂为碳酸亚乙烯酯、丙烷磺酸内酯和烯丙基磷酸酯化合物的混合物，其中碳酸亚乙烯酯占添加剂的质量百分比为14％～20％，丙烷磺酸内酯占添加剂的质量百分比为20％～30％，烯丙基磷酸酯化合物占添加剂的质量百分比为50％～66％，以上组分的含量总和为100％。
其中烯丙基磷酸酯化合物为二(2-甲氧基乙基)烯丙基磷酸酯、二(2-甲氧基丙基)烯丙基磷酸酯或2-甲氧基乙基-4-甲氧基丙基-烯丙基磷酸酯中的一种。
本发明的有益效果是，
(1)电解液中由于烯丙基磷酸酯化合物的存在，使得在电化学反应中通过添加剂中的烯烃双键与电解液溶剂发生反应，抑制溶剂化的锂离子共嵌入到石墨层中，从而在电池中形成良好的SEI膜，提高电池的容量和循环寿命。
(2)电解液中由于存在烯丙基磷酸酯化合物，因而使得电解液引入磷酸酯基团，从而使电解液变得难燃，燃烧时的自熄时间大大缩短，从而提高电解液的安全性。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种锂离子电池电解液，按照质量百分比由以下组分组成：有机溶剂70％～85％，LiPF6为5％～15％，添加剂10％～15％，以上组分的含量总和为100％。
其中有机溶剂为碳酸乙烯酯与碳酸二甲酯的混合物，或者碳酸乙烯酯与碳酸二乙酯的混合物，混合物中两种物质之间质量比为1:1。
其中有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯与碳酸甲乙酯的混合物，或者碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯与碳酸二乙酯的混合物，混合物中三种物质之间质量比为1:1:1。
其中添加剂为碳酸亚乙烯酯、丙烷磺酸内酯和烯丙基磷酸酯化合物的混合物，其中碳酸亚乙烯酯占添加剂的质量百分比为14％～20％，丙烷磺酸内酯占添加剂的质量百分比为20％～30％，烯丙基磷酸酯化合物占添加剂的质量百分比为50％～66％，以上组分的含量总和为100％。
其中烯丙基磷酸酯化合物的结构式为：
烯丙基磷酸酯化合物为二(2-甲氧基乙基)烯丙基磷酸酯，二(2-甲氧基丙基)烯丙基磷酸酯或2-甲氧基乙基-4-甲氧基丙基-烯丙基磷酸酯中的一种。
本发明的一种锂离子电池电解液的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1、按照质量百分比分别称取70％～85％的有机溶剂，5％～15％的LiPF6，10％～15％的添加剂，以上组分的含量总和为100％；
步骤2、在充有氩气且H2O的浓度小于50ppm的手套箱中依次加入有机溶剂、LiPF6及添加剂，然后充分搅拌均匀，得到锂离子电池电解液。
其中有机溶剂为碳酸乙烯酯与碳酸二甲酯的混合物，或者碳酸乙烯酯与碳酸二乙酯的混合物，混合物中两种物质之间质量比为1:1。
其中有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯与碳酸甲乙酯的混合物，或者碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯与碳酸二乙酯的混合物，混合物中三种物质之间质量比为1:1:1。
其中添加剂为碳酸亚乙烯酯、丙烷磺酸内酯和烯丙基磷酸酯化合物的混合物，碳酸亚乙烯酯占添加剂的质量百分比为14％～20％，丙烷磺酸内酯占添加剂的质量百分比为20％～30％，烯丙基磷酸酯化合物占添加剂的质量百分比为50％～66％，以上组分的含量总和为100％。
其中烯丙基磷酸酯化合物为二(2-甲氧基乙基)烯丙基磷酸酯、二(2-甲氧基丙基)烯丙基磷酸酯或2-甲氧基乙基-4-甲氧基丙基-烯丙基磷酸酯中的一种。
实施例1
一种锂离子电池电解液，按照质量百分比由以下组分组成：有机溶剂为碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯的混合物共70％，碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯组分之间的质量比例为1:1，LiPF6为15％，添加剂总量为15％，以上组分的含量总和为100％；添加剂中碳酸亚乙烯酯14％，丙烷磺酸内酯20％，二(2-甲氧基乙基)烯丙基磷酸酯66％，以上组分的含量总和为100％。
上述锂离子电池电解液的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、按照质量百分比称取碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯的混合物共70％，碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯组分之间的质量比例为1:1，LiPF6为15％，添加剂总量为15％，以上组分的含量总和为100％；添加剂中碳酸亚乙烯酯14％，丙烷磺酸内酯20％，二(2-甲氧基乙基)烯丙基磷酸酯66％，添加剂总的含量为100％。
步骤2、在充有氩气且H2O的浓度小于50ppm的手套箱中依次加入碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯的混合物、LiPF6、碳酸亚乙烯酯、丙烷磺酸内酯和二(2-甲氧基乙基)烯丙基磷酸酯，然后充分搅拌均匀，得到锂离子电池电解液。
实施例2
一种锂离子电池电解液，按照质量百分比由以下组分组成：有机溶剂为碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯的混合物共75％，碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯组分之间的质量比为1:1，LiPF6为10％，添加剂总量为15％，以上组分的含量总和为100％；添加剂中碳酸亚乙烯酯16％，丙烷磺酸内酯25％，二(2-甲氧基丙基)烯丙基磷酸酯59％，以上组分的含量总和为100％。
上述锂离子电池电解液的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、按照质量百分比称取碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯的混合物，碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯共75％，碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯组分之间的质量比为1:1，LiPF6为10％，添加剂总量为15％，以上组分的含量总和为100％；添加剂中碳酸亚乙烯酯16％，丙烷磺酸内酯25％，二(2-甲氧基丙基)烯丙基磷酸酯59％，以上组分的含量总和为100％。
步骤2、在充有氩气且H2O的浓度小于50ppm的手套箱中依次加入碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯、LiPF6、碳酸亚乙烯酯、丙烷磺酸内酯和二(2-甲氧基丙基)烯丙基磷酸酯，然后充分搅拌均匀，得到锂离子电池电解液。
实施例3
一种锂离子电池电解液，按照质量百分比由以下组分组成：碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯与碳酸甲乙酯的混合物共80％，碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯组分之间的质量比例为1:1:1，LiPF6为5％，添加剂总量为15％，以上组分的含量总和为100％；添加剂中碳酸亚乙烯酯18％，丙烷磺酸内酯26％，2-甲氧基乙基-4-甲氧基丙基-烯丙基磷酸酯56％，以上组分的含量总和为100％。
上述锂离子电池电解液的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、按上述质量百分比分别称取碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯与碳酸甲乙酯的混合物共80％，碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯组分之间的质量比例为1:1:1，LiPF6为5％，添加剂总量为15％，以上组分的含量总和为100％；添加剂中碳酸亚乙烯酯18％，丙烷磺酸内酯26％，2-甲氧基乙基-4-甲氧基丙基-烯丙基磷酸酯56％，以上组分的含量总和为100％。
步骤2、在充有氩气且H2O的浓度小于50ppm的手套箱中依次加入碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯与碳酸甲乙酯三者的混合物、LiPF6、碳酸亚乙烯酯、丙烷磺酸内酯和2-甲氧基乙基-4-甲氧基丙基-烯丙基磷酸酯，然后充分搅拌均匀，得到锂离子电池电解液。
实施例4
一种锂离子电池电解液，按照质量百分比由以下组分组成：碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯与碳酸二乙酯的混合物共85％，碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸二乙酯组分之间的质量比例为1:1:1，LiPF6为5％，添加剂总量为10％，以上组分的含量总和为100％；添加剂中碳酸亚乙烯酯20％，丙烷磺酸内酯30％，2-甲氧基乙基-4-甲氧基丙基-烯丙基磷酸酯50％，以上组分的含量总和为100％。
上述锂离子电池点解液的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、按上述质量百分比分别称取碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯与碳酸二乙酯的混合物共85％，碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸二乙酯组分之间的质量比例为1:1:1，LiPF6为5％，添加剂总量为10％，以上组分的含量总和为100％；添加剂中碳酸亚乙烯酯20％，丙烷磺酸内酯30％，2-甲氧基乙基-4-甲氧基丙基-烯丙基磷酸酯50％，以上组分的含量总和为100％。
步骤2、在充有氩气且H2O的浓度小于50ppm的手套箱中依次加入碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸二乙酯、LiPF6、碳酸亚乙烯酯、丙烷磺酸内酯和2-甲氧基乙基-4-甲氧基丙基-烯丙基磷酸酯，然后充分搅拌均匀，得到锂离子电池电解液。

Claims (10)

1.一种锂离子电池电解液，其特征在于，按质量百分比由以下组分组成：有机溶剂70％～85％，LiPF65％～15％，添加剂10％～15％，以上组分的含量总和为100％。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池电解液，其特征在于，所述的有机溶剂为碳酸乙烯酯与碳酸二甲酯的混合物，或者碳酸乙烯酯与碳酸二乙酯的混合物，混合物中两种物质之间质量比为1:1。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池电解液，其特征在于，所述的有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯与碳酸甲乙酯的混合物，或者碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯与碳酸二乙酯的混合物，混合物中三种物质之间质量比为1:1:1。
4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池电解液，其特征在于，所述的添加剂为碳酸亚乙烯酯、丙烷磺酸内酯和烯丙基磷酸酯化合物的混合物，其中碳酸亚乙烯酯占添加剂的质量百分比为14％～20％，丙烷磺酸内酯占添加剂的质量百分比为20％～30％，烯丙基磷酸酯化合物占添加剂的质量百分比为50％～66％，以上组分的含量总和为100％。
5.根据权利要求4所述的一种锂离子电池电解液，其特征在于，所述的烯丙基磷酸酯化合物为二(2-甲氧基乙基)烯丙基磷酸酯，二(2-甲氧基丙基)烯丙基磷酸酯或2-甲氧基乙基-4-甲氧基丙基-烯丙基磷酸酯中的一种。
6.一种锂离子电池电解液的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1、按照质量百分比分别称取70％～85％的有机溶剂，5％～15％的LiPF6，10％～15％的添加剂，以上组分的含量总和为100％；
步骤2、在充有氩气且H2O的浓度小于50ppm的手套箱中依次加入有机溶剂、LiPF6及添加剂，然后充分搅拌均匀，得到锂离子电池电解液。
7.根据权利要求6所述的一种锂离子电池电解液的制备方法，其特征在于，所述的有机溶剂为碳酸乙烯酯与碳酸二甲酯的混合物，或者碳酸乙烯酯与碳酸二乙酯的混合物，混合物中两种物质之间质量比为1:1。
8.根据权利要求6所述的一种锂离子电池电解液的制备方法，其特征在于，所述的有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯与碳酸甲乙酯的混合物，或者碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯与碳酸二乙酯的混合物，混合物中三种物质之间质量比为1:1:1。
9.根据权利要求6所述的一种锂离子电池电解液的制备方法，其特征在于，所述的添加剂为碳酸亚乙烯酯、丙烷磺酸内酯和烯丙基磷酸酯化合物的混合物，其中碳酸亚乙烯酯占添加剂的质量百分比为14％～20％，丙烷磺酸内酯占添加剂的质量百分比为20％～30％，烯丙基磷酸酯化合物占添加剂的质量百分比为50％～66％，以上组分的含量总和为100％。
10.根据权利要求9所述的一种锂离子电池电解液的制备方法，其特征在于，所述的烯丙基磷酸酯化合物为二(2-甲氧基乙基)烯丙基磷酸酯、二(2-甲氧基丙基)烯丙基磷酸酯或2-甲氧基乙基-4-甲氧基丙基-烯丙基磷酸酯中的一种。
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