CN106252723A - 生产锂离子电池电解液的新方法 - Google Patents

生产锂离子电池电解液的新方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种生产锂离子电池电解液的新方法,其特征在于:在生产配制锂离子电池电解液之前，先将EC和其它配制锂离子电池电解液所需的至少一种有机溶剂按照50％‑80％：20％‑50％的质量分数比预先混合成熔点小于等于20℃的EC混合溶剂后，对EC混合溶剂进行常温保存或运输；当生产配制锂离子电池电解液时，再将所述EC混合溶剂加入到反应容器中进行配制。本发明的含有EC的锂离子电池电解液的混合溶剂的熔点小于20℃，即在常温的状态下，它就是液态的；在配制电解液的过程中，EC不用先保温后降温，不仅可以节省溶剂降温时间，而且可以减少锂盐投入时间和溶剂单独投料时间，提高生产效率，降低电解液整体成本，对电解液工业化生产具有巨大的意义。

Description

生产锂离子电池电解液的新方法
技术领域
本发明属于锂离子电池电解质材料的制造技术领域，具体涉及生产锂离子电池电解液的新方法。
背景技术
目前市场上的锂离子电池电解液的溶剂有DMC(碳酸二甲酯)、DEC(碳酸二乙酯)、EMC(碳酸甲乙酯)、EC(碳酸乙烯酯)等，EC是在每一个配方体系中都会含有的一个物质，然而EC的熔点为35-38℃，它在室温是结晶的固态，因此在整过存储和使用过程中都要对其进行保温，才能保证它不会结晶。对储罐、管道等进行保温能耗很高，然而电解液配制的过程中，需要控制溶剂的温度在10℃左右，因此EC在进入配制釜之后还要进行进一步的降温处理，这样不但增加能耗，同时增加工艺时间。
目前含有EC的锂离子电池电解液在配制时，先向反应釜中分别加入各种溶剂如EC、DMC、DEC等，各种溶剂进入釜中之后在反应釜的夹套中通入冷却液，使溶剂的温度降为10℃左右，待温度降至所需温度之后，再加入添加剂和锂盐，搅拌，放料。
发明内容
本发明提供一种生产锂离子电池电解液的新方法，采用本发明的工艺,它既可以降低保温和降温的能耗，又可以减少降温的时间，提高生产效率，使电解液配制更加方便，对电解液工业化生产具有巨大的意义。
本发明的技术方案如下:
一种生产锂离子电池电解液的新方法,其特征在于:在生产配制锂离子电池电解液之前，先将EC和其它配制锂离子电池电解液所需的至少一种有机溶剂按照50％-80％：20％-50％的质量分数比预先混合成熔点小于等于20℃的EC混合溶剂后，对EC混合溶剂进行常温保存或运输；当生产配制锂离子电池电解液时，再将所述EC混合溶剂加入到反应容器中进行配制。
进一步地，所述的其它配制锂离子电池电解液所需的至少一种有机溶剂由DMC、DEC或EMC中的一种或者两种以上以任意比例混合而成。
进一步地，在生产配制锂离子电池电解液时，还加入电解质锂盐和添加剂，所述EC混合溶剂在锂离子电池电解液中的质量百分含量为20-60％；所述电解质锂盐在锂离子电池电解液中的浓度为0.5～2mol/L，所述的添加剂在锂离子电池电解液中的质量百分含量为0.6-20％。
进一步地，所述的电解质锂盐为LiBF4、LiPF6、LiAsF6、LiClO4、LiSO3CF3、LiB(C2O4)2、LiBF2C2O4、LiN(SO2CF3)2或LiN(SO2F)2的一种或者多种任意比例混合。
进一步地，所述的添加剂包括草酸磷酸锂，草酸磷酸锂在锂离子电池电解液的质量百分含量为0.1-10％，所述草酸磷酸锂的结构式为如下式(I)所示：
进一步地，所述的草酸磷酸锂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将摩尔比为0.5～2:1的二氟磷酸锂和草酸锂混合溶解至极性非质子溶剂中进行反应；
(2)反应完成后，先过滤除去不溶物，然后减压除去溶剂，最后得到草酸磷酸锂。
进一步地，还包括步骤(3)：将上述步骤(2)制得的草酸磷酸锂粗品溶解到极性非质子溶剂中，然后加入弱极性溶剂进行重结晶，真空干燥后得到纯净的草酸磷酸锂。
进一步地，控制步骤(1)的反应温度为25～120℃，反应压力为0.1～1MPa。
进一步地，所述的极性非质子溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、四氢呋喃、乙腈、乙二醇二甲醚、1,4-二氧六环、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙酸丙酯、丙酮、硝基甲烷、硝基乙烷、乙醚或甲基叔丁基醚中的一种或者多种任意比例混合；
所述的弱极性溶剂为正己烷、环己烷、甲苯、乙苯、二氯甲烷、三氯甲烷或四氯甲烷中的一种或者多种任意比例混合。
进一步地，所述的重结晶的温度为50～120℃；
所述的真空干燥的真空度为-0.01～-0.1Mpa；
所述的干燥温度为50～120℃。
本发明的有益效果为：本发明的含有EC的锂离子电池电解液的混合溶剂的熔点小于20℃，即在常温的状态下，它就是液态的；在配制电解液的过程中，EC不用先保温后降温，不仅可以节省溶剂降温时间，而且可以减少锂盐投入时间和溶剂单独投料时间，提高生产效率，降低电解液整体成本，对电解液工业化生产具有巨大的意义。
本发明还采用草酸磷酸锂，在锂离子电池电解液中应用，在负极和正极表面有利于形成更稳定的钝化膜，具体体现于电池在室温和高温下具有良好的循环性能和容量恢复率，同时体现出较低的内阻。
具体实施方式
(一)具体实施方式
一种生产锂离子电池电解液的新方法,在生产配制锂离子电池电解液之前，先将EC和其它配制锂离子电池电解液所需的至少一种有机溶剂按照50％-80％：20％-50％的质量分数比预先混合成熔点小于等于20℃的EC混合溶剂后，对EC混合溶剂进行常温保存或运输；当生产配制锂离子电池电解液时，再将所述EC混合溶剂加入到反应容器中进行配制。
进一步地，所述的其它配制锂离子电池电解液所需的至少一种有机溶剂由DMC、DEC或EMC中的一种或者两种以上以任意比例混合而成。
进一步地，在生产配制锂离子电池电解液时，还加入电解质锂盐和添加剂，所述EC混合溶剂在锂离子电池电解液中的质量百分含量为20-60％；所述电解质锂盐在锂离子电池电解液中的浓度为0.5～2mol/L，所述的添加剂在锂离子电池电解液中的质量百分含量为0.6-20％。
进一步地，所述的电解质锂盐为LiBF4、LiPF6、LiAsF6、LiClO4、LiSO3CF3、LiB(C2O4)2、LiBF2C2O4、LiN(SO2CF3)2或LiN(SO2F)2的一种或者多种任意比例混合。
进一步地，所述的添加剂包括草酸磷酸锂，草酸磷酸锂在锂离子电池电解液的质量百分含量为0.1-10％，所述草酸磷酸锂的结构式为如下式(I)所示：
进一步地，所述的草酸磷酸锂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将摩尔比为0.5～2:1的二氟磷酸锂和草酸锂混合溶解至极性非质子溶剂中进行反应；
(2)反应完成后，先过滤除去不溶物，然后减压除去溶剂，最后得到草酸磷酸锂。
进一步地，还包括步骤(3)：将上述步骤(2)制得的草酸磷酸锂粗品溶解到极性非质子溶剂中，然后加入弱极性溶剂进行重结晶，真空干燥后得到纯净的草酸磷酸锂。
进一步地，控制步骤(1)的反应温度为25～120℃，反应压力为0.1～1MPa。
进一步地，所述的极性非质子溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、四氢呋喃、乙腈、乙二醇二甲醚、1,4-二氧六环、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙酸丙酯、丙酮、硝基甲烷、硝基乙烷、乙醚或甲基叔丁基醚中的一种或者多种任意比例混合；
所述的弱极性溶剂为正己烷、环己烷、甲苯、乙苯、二氯甲烷、三氯甲烷或四氯甲烷中的一种或者多种任意比例混合。
进一步地，所述的重结晶的温度为50～120℃；
所述的真空干燥的真空度为-0.01～-0.1Mpa；
所述的干燥温度为50～120℃。
实施例1
一种生产锂离子电池电解液的新方法,在生产配制锂离子电池电解液之前，先将EC和其它配制锂离子电池电解液所需的至少一种有机溶剂按照80％：20％的质量分数比预先混合成熔点小于等于20℃的EC混合溶剂后，对EC混合溶剂进行常温保存或运输；当生产配制锂离子电池电解液时，再将所述EC混合溶剂加入到反应容器中进行配制。
所述的其它配制锂离子电池电解液所需的至少一种有机溶剂为DMC。
实施例2
一种生产锂离子电池电解液的新方法,在生产配制锂离子电池电解液之前，先将EC和其它配制锂离子电池电解液所需的至少一种有机溶剂按照50％：50％的质量分数比预先混合成熔点小于等于20℃的EC混合溶剂后，对EC混合溶剂进行常温保存或运输；当生产配制锂离子电池电解液时，再将所述EC混合溶剂加入到反应容器中进行配制。
所述的其它配制锂离子电池电解液所需的至少一种有机溶剂由DEC。
实施例3
一种生产锂离子电池电解液的新方法,在生产配制锂离子电池电解液之前，先将EC和其它配制锂离子电池电解液所需的至少一种有机溶剂按照60％：40％的质量分数比预先混合成熔点小于等于20℃的EC混合溶剂后，对EC混合溶剂进行常温保存或运输；当生产配制锂离子电池电解液时，再将所述EC混合溶剂加入到反应容器中进行配制。
所述的其它配制锂离子电池电解液所需的至少一种有机溶剂由EMC。
实施例4
与上述实施例不同的是，在生产配制锂离子电池电解液时，还加入电解质锂盐和添加剂，所述EC混合溶剂在锂离子电池电解液中的质量百分含量为20％；所述电解质锂盐在锂离子电池电解液中的浓度为0.5mol/L，所述的添加剂在锂离子电池电解液中的质量百分含量为0.6％。
所述的电解质锂盐为LiPF6。
所述的添加剂包括草酸磷酸锂，草酸磷酸锂在锂离子电池电解液的质量百分含量为0.1％，所述草酸磷酸锂的结构式为如下式(I)所示：
所述的草酸磷酸锂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将摩尔比为0.5:1的二氟磷酸锂和草酸锂混合溶解至极性非质子溶剂中进行反应；
(2)反应完成后，先过滤除去不溶物，然后减压除去溶剂，最后得到草酸磷酸锂。
还包括步骤(3)：将上述步骤(2)制得的草酸磷酸锂粗品溶解到极性非质子溶剂中，然后加入弱极性溶剂进行重结晶，真空干燥后得到纯净的草酸磷酸锂。
控制步骤(1)的反应温度为25℃，反应压力为0.1MPa。
所述的极性非质子溶剂为碳酸二甲酯；
所述的弱极性溶剂为正己烷。
所述的重结晶的温度为50℃；
所述的真空干燥的真空度为-0.01Mpa；
所述的干燥温度为50℃。
实施例5
与上述实施例不同的是，在生产配制锂离子电池电解液时，还加入电解质锂盐和添加剂，所述EC混合溶剂在锂离子电池电解液中的质量百分含量为40％；所述电解质锂盐在锂离子电池电解液中的浓度为2mol/L，所述的添加剂在锂离子电池电解液中的质量百分含量为20％。
所述的电解质锂盐为LiPF6。
所述的添加剂包括草酸磷酸锂，草酸磷酸锂在锂离子电池电解液的质量百分含量为10％，所述草酸磷酸锂的结构式为如下式(I)所示：
所述的草酸磷酸锂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将摩尔比为2:1的二氟磷酸锂和草酸锂混合溶解至极性非质子溶剂中进行反应；
(2)反应完成后，先过滤除去不溶物，然后减压除去溶剂，最后得到草酸磷酸锂。
还包括步骤(3)：将上述步骤(2)制得的草酸磷酸锂粗品溶解到极性非质子溶剂中，然后加入弱极性溶剂进行重结晶，真空干燥后得到纯净的草酸磷酸锂。
控制步骤(1)的反应温度为120℃，反应压力为1MPa。
所述的极性非质子溶剂为碳酸二乙酯；
所述的弱极性溶剂为环己烷。
所述的重结晶的温度为120℃；
所述的真空干燥的真空度为-0.1Mpa；
所述的干燥温度为120℃。
实施例6
与上述实施例不同的是，在生产配制锂离子电池电解液时，还加入电解质锂盐和添加剂，所述EC混合溶剂在锂离子电池电解液中的质量百分含量为60％；所述电解质锂盐在锂离子电池电解液中的浓度为1mol/L，所述的添加剂在锂离子电池电解液中的质量百分含量为10％。
所述的电解质锂盐为LiAsF6。
所述的添加剂包括草酸磷酸锂，草酸磷酸锂在锂离子电池电解液的质量百分含量为5％，所述草酸磷酸锂的结构式为如下式(I)所示：
所述的草酸磷酸锂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将摩尔比为1:1的二氟磷酸锂和草酸锂混合溶解至极性非质子溶剂中进行反应；
(2)反应完成后，先过滤除去不溶物，然后减压除去溶剂，最后得到草酸磷酸锂。
还包括步骤(3)：将上述步骤(2)制得的草酸磷酸锂粗品溶解到极性非质子溶剂中，然后加入弱极性溶剂进行重结晶，真空干燥后得到纯净的草酸磷酸锂。
控制步骤(1)的反应温度为80℃，反应压力为0.5MPa。
所述的极性非质子溶剂为碳酸甲乙酯；
所述的弱极性溶剂为甲苯。
所述的重结晶的温度为80℃；
所述的真空干燥的真空度为-0.05Mpa；
所述的干燥温度为100℃。
本发明，采用熔点小于20℃的EC混合溶液，不用在运输中保温，在配制电解液时降温，只溶液配置好后，稍微降温，然后再添加20-40％溶剂，然后在反应釜中同时投入电解质锂盐、添加剂和剩余的混合溶剂。这不仅能节约时间，而且降低能耗。
正极极片的制备
将3质量份的聚偏氟乙烯(PVDF)溶解于1-甲基-2-吡咯烷酮溶液中，将94质量份的LiCoO2和3质量份的导电剂炭黑加入上述溶液并混合均匀制得浆料，将混制的浆料涂布在铝箔的两面后，烘干、滚压后得到正极极片。
负极极片的制备
将4质量份的SBR粘结剂，1质量份的CMC增稠剂溶于水溶液中，将95质量份的石墨加入上述溶液，混合均匀，将混制的浆料涂布在铜箔的两面后，烘干、滚压后得到负极极片。
将上述制备的正极极片、负极极片和隔离膜以卷绕方式制成方形电芯，采用聚合物包装，灌注上述实施例4-6制备的电解液，经化成等工艺后制成容量为1600mAh的锂二次电池。
电池性能测
循环性能测试，以0.5/0.5C充放电的倍率对电池进行充放电循环测试，截止电压区间为3.0～4.35V。高温储存性能测试，首先将化成完毕的电池在常温状态下以0.5C充放电一次，再以0.5C将电池充满电后测试内阻，进行高温保存，待电池完全冷却后，将取出的电池测试内阻，以0.5C进行放电测试。

Claims (10)

1.一种生产锂离子电池电解液的新方法,其特征在于:在生产配制锂离子电池电解液之前，先将EC和其它配制锂离子电池电解液所需的至少一种有机溶剂按照50％-80％：20％-50％的质量分数比预先混合成熔点小于等于20℃的EC混合溶剂后，对EC混合溶剂进行常温保存或运输；当生产配制锂离子电池电解液时，再将所述EC混合溶剂加入到反应容器中进行配制。
2.根据权利要求1所述的一种生产锂离子电池电解液的新方法,其特征在于:所述的其它配制锂离子电池电解液所需的至少一种有机溶剂由DMC、DEC或EMC中的一种或者两种以上以任意比例混合而成。
3.根据权利要求1所述的生产锂离子电池电解液的新方法,其特征在于:在生产配制锂离子电池电解液时，还加入电解质锂盐和添加剂，所述EC混合溶剂在锂离子电池电解液中的质量百分含量为20-60％；所述电解质锂盐在锂离子电池电解液中的浓度为0.5～2mol/L，所述的添加剂在锂离子电池电解液中的质量百分含量为0.6-20％。
4.根据权利要求3所述的一种生产锂离子电池电解液的新方法，其特征在于:所述的电解质锂盐为LiBF4、LiPF6、LiAsF6、LiClO4、LiSO3CF3、LiB(C2O4)2、LiBF2C2O4、LiN(SO2CF3)2或LiN(SO2F)2的一种或者多种任意比例混合。
5.根据权利要求3所述的一种生产锂离子电池电解液的新方法，其特征在于:所述的添加剂包括草酸磷酸锂，草酸磷酸锂在锂离子电池电解液的质量百分含量为0.1-10％，所述草酸磷酸锂的结构式为如下式(I)所示：
6.根据权利要求5所述的一种生产锂离子电池电解液的新方法，其特征在于:所述的草酸磷酸锂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将摩尔比为0.5～2:1的二氟磷酸锂和草酸锂混合溶解至极性非质子溶剂中进行反应；
(2)反应完成后，先过滤除去不溶物，然后减压除去溶剂，最后得到草酸磷酸锂。
7.根据权利要求6所述的一种生产锂离子电池电解液的新方法，其特征在于:还包括步骤(3)：将上述步骤(2)制得的草酸磷酸锂粗品溶解到极性非质子溶剂中，然后加入弱极性溶剂进行重结晶，真空干燥后得到纯净的草酸磷酸锂。
8.根据权利要求6所述的一种生产锂离子电池电解液的新方法，其特征在于:控制步骤(1)的反应温度为25～120℃，反应压力为0.1～1MPa。
9.根据权利要求7所述的一种生产锂离子电池电解液的新方法，其特征在于:所述的极性非质子溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、四氢呋喃、乙腈、乙二醇二甲醚、1,4-二氧六环、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙酸丙酯、丙酮、硝基甲烷、硝基乙烷、乙醚或甲基叔丁基醚中的一种或者多种任意比例混合；
所述的弱极性溶剂为正己烷、环己烷、甲苯、乙苯、二氯甲烷、三氯甲烷或四氯甲烷中的一种或者多种任意比例混合。
10.根据权利要求7所述的一种生产锂离子电池电解液的新方法，其特征在于:所述的重结晶的温度为50～120℃；
所述的真空干燥的真空度为-0.01～-0.1Mpa；
所述的干燥温度为50～120℃。
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