CN105845975A - 一种锂离子电池防过充电解液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子电池防过充电解液及其制备方法,锂离子电池防过充电解液包括电解质锂盐、有机溶剂、防过充添加剂、成膜剂和功能添加剂;电解质锂盐的原料包括:六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、高氯酸锂、三氟甲基磺酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂;有机溶剂的原料包括:三乙胺、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯;防过充添加剂的原料包括:三氯代苯甲醚、4‑溴苄基异氰酸酯、环乙基苯。本发明扩大了锂离子电池的温度适用范围,采用功能添加剂结合防过充剂和成膜剂对锂离子电池进行了多重防过充保护,能大大提高电解液的防过充性能,从而极大地提高了锂离子电池的安全性,具有良好的循环性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池用电解液,具体是一种锂离子电池防过充电解液及其制备方法。
背景技术
锂离子电池具有容量大、工作电压高、荷电保持能力强、循环寿命长、无污染、无记忆效应、比能量高等优点,被广泛地应用于各种电子设备,如笔记本电脑、手机、数码相机、便携式照明设备等。同时,它也被用于电动工具、电动自行车和电动汽车。随着世界石油资源的逐渐消耗,以及社会对环境保护的要求逐渐提高,电动车和储能用电池得到了前所未有的发展机遇,锂离子电池的应用领域也在不断拓宽。
电解液是电池的重要组成部分,承担着通过电池内部在正负电极之间传输离子的作用,它对电池的容量、工作温度范围、循环性能及安全性能等有重要的影响。电解质一般分为液体电解质和固体电解质两类,需满足以下基本要求:(1)高的离子电导率,一般应达到1×10-3-2×10-2S/cm;(2)高的热稳定性与化学稳定性,在较宽的温度范围内不发生分解;(3)较宽的电化学窗口,在较宽的电压范围内保持电化学性能的稳定;(4)与电池其它部分具有良好的相容性;(5)安全、无毒、无污染。
液体有机电解液是最为常用的,但是随着电池的应用范围不断拓宽,人们对电池各方面的要求不断增加,原有的电解液体系已经不能满足使用要求。在电解液中添加少量的某些物质,能显著改善电池的某些性能,如电解液的电导率、电池的循环效率和可逆容量、电池的安全性能等,这些少量物质称为功能性添加剂。一般需要在电解液中加入某些功能性添加剂来实现电池的某些特殊功能,功能性添加剂在电池的生产和研究中应用越来越多。
电池在使用过程中安全始终是第一位的,过充是一项重要的指标,一般除了在电池组装过程中通过外围安全设置和保护电路板提高安全外,还从电池设计和电池的电解液等方面来进行改善。利用电解液添加剂实现电池的过充保护对于简化电池制造工艺和降低成本具有非常重要的意义,一般可以从以下几个方面考虑:1、氧化还原梭,2、阻燃电解质,3、自关闭电解质添加剂。
电解液中添加防过充添加剂可以有效提高电池的安全性,但是添加剂并不是越多越好,并不是只要过充合格就能保证其它项目也一样优秀。防过充添加剂的加入量过多会影响电池的其他性能,如电池容量降低,循环变差,安全测试鼓胀超标等。因此,一般添加剂的使用在达到效果的情况下要尽可能减少,而且为了取得良好的效果,不同添加剂有的单一使用效果好,有的则需要复合使用更好,添加剂的种类和加入量有待仔细研究。此外,为了减少添加剂的加入对电池其它性能造成的影响,可以采用多种方式结合的形式提高过充性能的同时降低添加剂的使用量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种成本低、耐过充性能好的锂离子电池防过充电解液及其制备方法,以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种锂离子电池防过充电解液,包括电解质锂盐、有机溶剂、防过充添加剂、成膜剂和功能添加剂;所述电解质锂盐按照重量份的原料包括:六氟磷酸锂2-4份、四氟硼酸锂3-5份、六氟砷酸锂2-4份、高氯酸锂4-6份、三氟甲基磺酸锂1-2份、双草酸硼酸锂2-6份、二氟草酸硼酸锂1-2份;所述有机溶剂按照重量份的原料包括:三乙胺2-4份、碳酸乙烯酯10-20份、碳酸丙烯酯5-7份、碳酸甲乙酯8-12份、碳酸二乙酯5-10份;所述防过充添加剂按照重量份的原料包括:三氯代苯甲醚2-4份、4-溴苄基异氰酸酯1-2份、环乙基苯0.3-0.5份;所述成膜剂按照重量份的原料包括:碳酸亚乙烯酯3-5份、1,3-丙烷磺酸内酯5-7份、亚硫酸丙烯酯0.2-0.4份;所述功能添加剂按照重量份的原料包括:六甲基二硅胺烷0.2-0.4份、氢化二苯并呋喃0.1-0.3份、丙烯腈0.3-0.5份、联苯1-2份、丁二腈0.2-0.4份。
作为本发明进一步的方案:所述电解质锂盐按照重量份的原料包括:六氟磷酸锂2.5-3.5份、四氟硼酸锂3.5-4.5份、六氟砷酸锂2.5-3.5份、高氯酸锂4.5-5.5份、三氟甲基磺酸锂1.2-1.8份、双草酸硼酸锂3-5份、二氟草酸硼酸锂1.2-1.8份;所述有机溶剂按照重量份的原料包括:三乙胺2.5-3.5份、碳酸乙烯酯12-18份、碳酸丙烯酯5.5-6.5份、碳酸甲乙酯9-11份、碳酸二乙酯6-9份;所述防过充添加剂按照重量份的原料包括:三氯代苯甲醚2.5-3.5份、4-溴苄基异氰酸酯1.2-1.8份、环乙基苯0.35-0.45份;所述成膜剂按照重量份的原料包括:碳酸亚乙烯酯3.5-4.5份、1,3-丙烷磺酸内酯5.5-6.5份、亚硫酸丙烯酯0.25-0.35份;所述功能添加剂按照重量份的原料包括:六甲基二硅胺烷0.25-0.35份、氢化二苯并呋喃0.15-0.25份、丙烯腈0.35-0.45份、联苯1.2-1.8份、丁二腈0.25-0.35份。
作为本发明再进一步的方案:所述电解质锂盐按照重量份的原料包括:六氟磷酸锂3份、四氟硼酸锂4份、六氟砷酸锂3份、高氯酸锂5份、三氟甲基磺酸锂1.5份、双草酸硼酸锂4份、二氟草酸硼酸锂1.5份;所述有机溶剂按照重量份的原料包括:三乙胺3份、碳酸乙烯酯15份、碳酸丙烯酯6份、碳酸甲乙酯10份、碳酸二乙酯8份;所述防过充添加剂按照重量份的原料包括:三氯代苯甲醚3份、4-溴苄基异氰酸酯1.5份、环乙基苯0.4份;所述成膜剂按照重量份的原料包括:碳酸亚乙烯酯4份、1,3-丙烷磺酸内酯6份、亚硫酸丙烯酯0.3份;所述功能添加剂按照重量份的原料包括:六甲基二硅胺烷0.3份、氢化二苯并呋喃0.2份、丙烯腈0.4份、联苯1.5份、丁二腈0.3份。
所述锂离子电池防过充电解液的制备方法,具体步骤如下:
(1)按照重量份称取各原料;
(2)先将碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯加入至干净容器中,混合搅拌5-10min后加入三乙胺;
(3)保持上述得到的混合溶液的温度为20-30℃,依次加入六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、高氯酸锂、三氟甲基磺酸锂、双草酸硼酸锂和二氟草酸硼酸锂,混合搅拌10-20min后静置3-5h;
(4)待步骤(3)得到的混合溶液放置至澄清后,依次加入三氯代苯甲醚、4-溴苄基异氰酸酯、环乙基苯、六甲基二硅胺烷、氢化二苯并呋喃、丙烯腈、联苯和丁二腈,继续搅拌8-12min;
(5)加入碳酸亚乙烯酯、1,3-丙烷磺酸内酯和亚硫酸丙烯酯后,将混合溶液放置10-14h得到成品。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明具有大范围的温度适用性,扩大了锂离子电池的温度适用范围,采用功能添加剂结合防过充剂和成膜剂对锂离子电池进行了多重防过充保护,能大大提高电解液的防过充性能,从而极大地提高了锂离子电池的安全性,具有良好的循环性能。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
实施例1
一种锂离子电池防过充电解液,包括电解质锂盐、有机溶剂、防过充添加剂、成膜剂和功能添加剂;所述电解质锂盐按照重量份的原料包括:六氟磷酸锂2份、四氟硼酸锂3份、六氟砷酸锂2份、高氯酸锂4份、三氟甲基磺酸锂1份、双草酸硼酸锂2份、二氟草酸硼酸锂1份;所述有机溶剂按照重量份的原料包括:三乙胺2份、碳酸乙烯酯10份、碳酸丙烯酯5份、碳酸甲乙酯8份、碳酸二乙酯5份;所述防过充添加剂按照重量份的原料包括:三氯代苯甲醚2份、4-溴苄基异氰酸酯1份、环乙基苯0.3份;所述成膜剂按照重量份的原料包括:碳酸亚乙烯酯3份、1,3-丙烷磺酸内酯5份、亚硫酸丙烯酯0.2份;所述功能添加剂按照重量份的原料包括:六甲基二硅胺烷0.2份、氢化二苯并呋喃0.1份、丙烯腈0.3份、联苯1份、丁二腈0.2份。
所述锂离子电池防过充电解液的制备方法,具体步骤如下:
(1)按照重量份称取各原料;
(2)先将碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯加入至干净容器中,混合搅拌5min后加入三乙胺;
(3)保持上述得到的混合溶液的温度为20℃,依次加入六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、高氯酸锂、三氟甲基磺酸锂、双草酸硼酸锂和二氟草酸硼酸锂,混合搅拌10min后静置3h;
(4)待步骤(3)得到的混合溶液放置至澄清后,依次加入三氯代苯甲醚、4-溴苄基异氰酸酯、环乙基苯、六甲基二硅胺烷、氢化二苯并呋喃、丙烯腈、联苯和丁二腈,继续搅拌8min;
(5)加入碳酸亚乙烯酯、1,3-丙烷磺酸内酯和亚硫酸丙烯酯后,将混合溶液放置10h得到成品。
实施例2
一种锂离子电池防过充电解液,包括电解质锂盐、有机溶剂、防过充添加剂、成膜剂和功能添加剂;所述电解质锂盐按照重量份的原料包括:六氟磷酸锂2.5份、四氟硼酸锂3.5份、六氟砷酸锂2.5份、高氯酸锂4.5份、三氟甲基磺酸锂1.2份、双草酸硼酸锂3份、二氟草酸硼酸锂1.2份;所述有机溶剂按照重量份的原料包括:三乙胺2.5份、碳酸乙烯酯12份、碳酸丙烯酯5.5份、碳酸甲乙酯9份、碳酸二乙酯6份;所述防过充添加剂按照重量份的原料包括:三氯代苯甲醚2.5-3.5份、4-溴苄基异氰酸酯1.2份、环乙基苯0.35份;所述成膜剂按照重量份的原料包括:碳酸亚乙烯酯3.5份、1,3-丙烷磺酸内酯5.5份、亚硫酸丙烯酯0.25份;所述功能添加剂按照重量份的原料包括:六甲基二硅胺烷0.25份、氢化二苯并呋喃0.15份、丙烯腈0.35份、联苯1.2份、丁二腈0.25份。
所述锂离子电池防过充电解液的制备方法,具体步骤如下:
(1)按照重量份称取各原料;
(2)先将碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯加入至干净容器中,混合搅拌6min后加入三乙胺;
(3)保持上述得到的混合溶液的温度为22℃,依次加入六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、高氯酸锂、三氟甲基磺酸锂、双草酸硼酸锂和二氟草酸硼酸锂,混合搅拌12min后静置3.5h;
(4)待步骤(3)得到的混合溶液放置至澄清后,依次加入三氯代苯甲醚、4-溴苄基异氰酸酯、环乙基苯、六甲基二硅胺烷、氢化二苯并呋喃、丙烯腈、联苯和丁二腈,继续搅拌9min;
(5)加入碳酸亚乙烯酯、1,3-丙烷磺酸内酯和亚硫酸丙烯酯后,将混合溶液放置11h得到成品。
实施例3
一种锂离子电池防过充电解液,包括电解质锂盐、有机溶剂、防过充添加剂、成膜剂和功能添加剂;所述电解质锂盐按照重量份的原料包括:六氟磷酸锂3份、四氟硼酸锂4份、六氟砷酸锂3份、高氯酸锂5份、三氟甲基磺酸锂1.5份、双草酸硼酸锂4份、二氟草酸硼酸锂1.5份;所述有机溶剂按照重量份的原料包括:三乙胺3份、碳酸乙烯酯15份、碳酸丙烯酯6份、碳酸甲乙酯10份、碳酸二乙酯8份;所述防过充添加剂按照重量份的原料包括:三氯代苯甲醚3份、4-溴苄基异氰酸酯1.5份、环乙基苯0.4份;所述成膜剂按照重量份的原料包括:碳酸亚乙烯酯4份、1,3-丙烷磺酸内酯6份、亚硫酸丙烯酯0.3份;所述功能添加剂按照重量份的原料包括:六甲基二硅胺烷0.3份、氢化二苯并呋喃0.2份、丙烯腈0.4份、联苯1.5份、丁二腈0.3份。
所述锂离子电池防过充电解液的制备方法,具体步骤如下:
(1)按照重量份称取各原料;
(2)先将碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯加入至干净容器中,混合搅拌8min后加入三乙胺;
(3)保持上述得到的混合溶液的温度为25℃,依次加入六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、高氯酸锂、三氟甲基磺酸锂、双草酸硼酸锂和二氟草酸硼酸锂,混合搅拌15min后静置4h;
(4)待步骤(3)得到的混合溶液放置至澄清后,依次加入三氯代苯甲醚、4-溴苄基异氰酸酯、环乙基苯、六甲基二硅胺烷、氢化二苯并呋喃、丙烯腈、联苯和丁二腈,继续搅拌10min;
(5)加入碳酸亚乙烯酯、1,3-丙烷磺酸内酯和亚硫酸丙烯酯后,将混合溶液放置12h得到成品。
实施例4
一种锂离子电池防过充电解液,包括电解质锂盐、有机溶剂、防过充添加剂、成膜剂和功能添加剂;所述电解质锂盐按照重量份的原料包括:六氟磷酸锂3.5份、四氟硼酸锂4.5份、六氟砷酸锂3.5份、高氯酸锂5.5份、三氟甲基磺酸锂1.8份、双草酸硼酸锂5份、二氟草酸硼酸锂1.8份;所述有机溶剂按照重量份的原料包括:三乙胺3.5份、碳酸乙烯酯18份、碳酸丙烯酯6.5份、碳酸甲乙酯11份、碳酸二乙酯9份;所述防过充添加剂按照重量份的原料包括:三氯代苯甲醚3.5份、4-溴苄基异氰酸酯1.8份、环乙基苯0.45份;所述成膜剂按照重量份的原料包括:碳酸亚乙烯酯4.5份、1,3-丙烷磺酸内酯6.5份、亚硫酸丙烯酯0.35份;所述功能添加剂按照重量份的原料包括:六甲基二硅胺烷0.35份、氢化二苯并呋喃0.25份、丙烯腈0.45份、联苯1.8份、丁二腈0.35份。
所述锂离子电池防过充电解液的制备方法,具体步骤如下:
(1)按照重量份称取各原料;
(2)先将碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯加入至干净容器中,混合搅拌9min后加入三乙胺;
(3)保持上述得到的混合溶液的温度为28℃,依次加入六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、高氯酸锂、三氟甲基磺酸锂、双草酸硼酸锂和二氟草酸硼酸锂,混合搅拌18min后静置4.5h;
(4)待步骤(3)得到的混合溶液放置至澄清后,依次加入三氯代苯甲醚、4-溴苄基异氰酸酯、环乙基苯、六甲基二硅胺烷、氢化二苯并呋喃、丙烯腈、联苯和丁二腈,继续搅拌11min;
(5)加入碳酸亚乙烯酯、1,3-丙烷磺酸内酯和亚硫酸丙烯酯后,将混合溶液放置13h得到成品。
实施例5
一种锂离子电池防过充电解液,包括电解质锂盐、有机溶剂、防过充添加剂、成膜剂和功能添加剂;所述电解质锂盐按照重量份的原料包括:六氟磷酸锂4份、四氟硼酸锂5份、六氟砷酸锂4份、高氯酸锂6份、三氟甲基磺酸锂2份、双草酸硼酸锂6份、二氟草酸硼酸锂2份;所述有机溶剂按照重量份的原料包括:三乙胺4份、碳酸乙烯酯20份、碳酸丙烯酯7份、碳酸甲乙酯12份、碳酸二乙酯10份;所述防过充添加剂按照重量份的原料包括:三氯代苯甲醚4份、4-溴苄基异氰酸酯2份、环乙基苯0.5份;所述成膜剂按照重量份的原料包括:碳酸亚乙烯酯5份、1,3-丙烷磺酸内酯7份、亚硫酸丙烯酯0.4份;所述功能添加剂按照重量份的原料包括:六甲基二硅胺烷0.4份、氢化二苯并呋喃0.3份、丙烯腈0.5份、联苯2份、丁二腈0.4份。
所述锂离子电池防过充电解液的制备方法,具体步骤如下:
(1)按照重量份称取各原料;
(2)先将碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯加入至干净容器中,混合搅拌10min后加入三乙胺;
(3)保持上述得到的混合溶液的温度为30℃,依次加入六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、高氯酸锂、三氟甲基磺酸锂、双草酸硼酸锂和二氟草酸硼酸锂,混合搅拌20min后静置5h;
(4)待步骤(3)得到的混合溶液放置至澄清后,依次加入三氯代苯甲醚、4-溴苄基异氰酸酯、环乙基苯、六甲基二硅胺烷、氢化二苯并呋喃、丙烯腈、联苯和丁二腈,继续搅拌12min;
(5)加入碳酸亚乙烯酯、1,3-丙烷磺酸内酯和亚硫酸丙烯酯后,将混合溶液放置14h得到成品。
本发明具有大范围的温度适用性,扩大了锂离子电池的温度适用范围,采用功能添加剂结合防过充剂和成膜剂对锂离子电池进行了多重防过充保护,能大大提高电解液的防过充性能,从而极大地提高了锂离子电池的安全性,具有良好的循环性能。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明,但是本专利并不限于上述实施方式,在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (4)
1.一种锂离子电池防过充电解液,其特征在于,包括电解质锂盐、有机溶剂、防过充添加剂、成膜剂和功能添加剂;所述电解质锂盐按照重量份的原料包括:六氟磷酸锂2-4份、四氟硼酸锂3-5份、六氟砷酸锂2-4份、高氯酸锂4-6份、三氟甲基磺酸锂1-2份、双草酸硼酸锂2-6份、二氟草酸硼酸锂1-2份;所述有机溶剂按照重量份的原料包括:三乙胺2-4份、碳酸乙烯酯10-20份、碳酸丙烯酯5-7份、碳酸甲乙酯8-12份、碳酸二乙酯5-10份;所述防过充添加剂按照重量份的原料包括:三氯代苯甲醚2-4份、4-溴苄基异氰酸酯1-2份、环乙基苯0.3-0.5份;所述成膜剂按照重量份的原料包括:碳酸亚乙烯酯3-5份、1,3-丙烷磺酸内酯5-7份、亚硫酸丙烯酯0.2-0.4份;所述功能添加剂按照重量份的原料包括:六甲基二硅胺烷0.2-0.4份、氢化二苯并呋喃0.1-0.3份、丙烯腈0.3-0.5份、联苯1-2份、丁二腈0.2-0.4份。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池防过充电解液,其特征在于,所述电解质锂盐按照重量份的原料包括:六氟磷酸锂2.5-3.5份、四氟硼酸锂3.5-4.5份、六氟砷酸锂2.5-3.5份、高氯酸锂4.5-5.5份、三氟甲基磺酸锂1.2-1.8份、双草酸硼酸锂3-5份、二氟草酸硼酸锂1.2-1.8份;所述有机溶剂按照重量份的原料包括:三乙胺2.5-3.5份、碳酸乙烯酯12-18份、碳酸丙烯酯5.5-6.5份、碳酸甲乙酯9-11份、碳酸二乙酯6-9份;所述防过充添加剂按照重量份的原料包括:三氯代苯甲醚2.5-3.5份、4-溴苄基异氰酸酯1.2-1.8份、环乙基苯0.35-0.45份;所述成膜剂按照重量份的原料包括:碳酸亚乙烯酯3.5-4.5份、1,3-丙烷磺酸内酯5.5-6.5份、亚硫酸丙烯酯0.25-0.35份;所述功能添加剂按照重量份的原料包括:六甲基二硅胺烷0.25-0.35份、氢化二苯并呋喃0.15-0.25份、丙烯腈0.35-0.45份、联苯1.2-1.8份、丁二腈0.25-0.35份。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池防过充电解液,其特征在于,所述电解质锂盐按照重量份的原料包括:六氟磷酸锂3份、四氟硼酸锂4份、六氟砷酸锂3份、高氯酸锂5份、三氟甲基磺酸锂1.5份、双草酸硼酸锂4份、二氟草酸硼酸锂1.5份;所述有机溶剂按照重量份的原料包括:三乙胺3份、碳酸乙烯酯15份、碳酸丙烯酯6份、碳酸甲乙酯10份、碳酸二乙酯8份;所述防过充添加剂按照重量份的原料包括:三氯代苯甲醚3份、4-溴苄基异氰酸酯1.5份、环乙基苯0.4份;所述成膜剂按照重量份的原料包括:碳酸亚乙烯酯4份、1,3-丙烷磺酸内酯6份、亚硫酸丙烯酯0.3份;所述功能添加剂按照重量份的原料包括:六甲基二硅胺烷0.3份、氢化二苯并呋喃0.2份、丙烯腈0.4份、联苯1.5份、丁二腈0.3份。
4.一种如权利要求1-3任一所述的锂离子电池防过充电解液的制备方法,其特征在于,具体步骤如下:
(1)按照重量份称取各原料;
(2)先将碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯加入至干净容器中,混合搅拌5-10min后加入三乙胺;
(3)保持上述得到的混合溶液的温度为20-30℃,依次加入六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、高氯酸锂、三氟甲基磺酸锂、双草酸硼酸锂和二氟草酸硼酸锂,混合搅拌10-20min后静置3-5h;
(4)待步骤(3)得到的混合溶液放置至澄清后,依次加入三氯代苯甲醚、4-溴苄基异氰酸酯、环乙基苯、六甲基二硅胺烷、氢化二苯并呋喃、丙烯腈、联苯和丁二腈,继续搅拌8-12min;
(5)加入碳酸亚乙烯酯、1,3-丙烷磺酸内酯和亚硫酸丙烯酯后,将混合溶液放置10-14h得到成品。
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