CN107221707A - 一种锰铁锂低温电解液及其制备方法 - Google Patents

一种锰铁锂低温电解液及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电化学技术领域,具体公开了一种锰铁锂低温电解液及其制备方法，低温电解液包括导电锂盐、有机溶剂和添加剂，导电锂盐的含量为9％‑18％，有机溶剂的含量为70％‑90％，添加剂的含量为1％‑12％，方法如下：在充满氩气的手套箱中，将有机溶剂均匀混合、搅拌；将导电锂盐加入到混合溶液中，进行搅拌；加入添加剂；将配制好的电解液置入不锈钢的钢瓶中，即可得到本发明电解液。本发明低温电解液的制备方法通过对电解液配方的优化，采用含有酰胺基团的有机物的添加剂能够与电解液循环过程中产生的氢氟酸形成络合物，从而减少对电池的伤害，而酰胺类本身结构很稳定且不会对电池性能造成影响，提高锂电池的低温性能。

Description

一种锰铁锂低温电解液及其制备方法
技术领域
本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种锰铁锂低温电解液及其制备方法。
背景技术
锂离子电池作为一种新兴的新能源电池已经越来越受到大家的关注。而磷酸铁锰锂作为正极材料的锂电池因为其容量较磷酸铁锂高，而安全性能较三元材料好，成为了锂离子电池的重点研究对象。随着电池的广泛应用，人们对于电池的要求也越来越高，在冬季相对较低温度下，锂离子电池的表现就不是令人信服。在低温条件下的充放电都明显低于常温下的表现。且低温放电时会对电池造成不可逆的伤害。
有研究数据表明：磷酸铁锰锂电池，会因为磷酸铁锰锂材料低的电导率，但是在低温条件下，由于电池的阻抗增大，极化增强，充电过程中在负极将出现锂金属析出与沉积，沉积出的金属锂易与电解液发生不可逆反应，从而导致电池容量降低。又由于金属锂与电解液的反应产物一般不具有电子导电性，覆盖在电极表面，必然会导致电池负极表面膜的阻抗进一步增大，电池极化再次增强，电池的电压降低。这种对锂周而复始的消耗，将使得“净锂”的含量逐渐减少，SEI膜逐渐加厚，电解液过分消耗及电解液的分解，这些都将极大破坏电池的低温性能；针对这个缺点，通过对电解液的改善能够提高电池在低温下的表现。
为保持电解液具备低温高电导率的特点，溶剂多选择碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、乙酸乙酯(EA)等，每种溶剂都有优缺点，不合理的电解液配方就不能充分发挥电池的性能甚至对电池造成伤害。
发明内容
本发明的目的在于针对锂电池在低温的性能远低于常温下的性能，通过电解液的选择来改进锂离子电池的低温性能。
为解决上述技术问题，本发明一种锰铁锂低温电解液，所述低温电解液包括导电锂盐、有机溶剂和添加剂，所述导电锂盐的含量为9％-18％，所述导电锂盐为六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、四氟硼酸锂、三氟甲基磺酸锂的一种或几种；所述有机溶剂的含量为70％-90％，所述有机溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、乙酸乙酯的一种或几种，所述添加剂的含量为1％-12％，所述添加剂为酰胺、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、磷酸三甲酯的一种或几种。
进一步地，所述有机溶剂最多为四种混合，比例为1:x:y:z，其中0≤x≤3、0≤y≤3、0≤z≤3。
与本发明低温电解液配合使用的正极材料所用的活性物质为磷酸铁锰锂，负极材料所用的活性物质为石墨。
本发明还提供了一种锰铁锂低温电解液的制备方法，具体制备方法如下：
S1、在充满氩气的手套箱中，将高纯度的有机溶剂均匀混合，用磁力搅拌器搅拌；
S2、将导电锂盐加入到混合溶液中，进行搅拌；
S3、将添加剂加入到S2所得溶液中；
S4、将配制好的电解液置入不锈钢的钢瓶中，即可得到本发明电解液。
进一步地，所述手套箱内氧份＜10ppm，水分＜10ppm，湿度＜1％。
进一步地，S1中所述搅拌时间为5～20分钟。
进一步地，S2中所述搅拌时间为5～20分钟。
进一步地，S4中电解液置入不锈钢瓶前，不锈钢瓶充高纯氩气抽真空置换三次。
本发明的有益效果是：本发明低温电解液的制备方法通过对电解液配方的优化，选择合适的电解质与溶剂相匹配，溶剂为多组分溶剂以及共熔点较低的溶剂，采用含有酰胺基团的有机物的添加剂能够与电解液循环过程中产生的氢氟酸(HF)形成络合物，从而减少对电池的伤害，而酰胺类本身结构很稳定且不会对电池性能造成影响，提高锂电池的低温性能。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明实施例公开了一种锰铁锂低温电解液及其制备方法，具体如下：
S1、在充满氩气的手套箱中，手套箱中的水分＜10ppm、氧份＜10ppm、湿度小于1％，分别按按重量比分别取30％碳酸乙烯酯(EC)、70％碳酸甲乙酯(EMC)，充分混合均匀，配置成电解液溶剂；
S2、分次加入总量为12％的电解质盐六氟磷酸锂(LiPF6)，搅拌10分钟；
S3、加入添加剂，为碳酸亚乙烯酯(VC)，占总重量的3％；氟代碳酸乙烯酯(FEC)占总重量的3％，再搅拌10分钟；
S4、将配制好的电解液置入不锈钢的钢瓶中，即可得到本发明电解液。
实施例2
本发明实施例公开了一种锰铁锂低温电解液及其制备方法，具体如下：
S1、在充满氩气的手套箱中，手套箱中的水分＜10ppm、氧份＜10ppm、湿度＜1％，分别按按重量比分别取70％碳酸甲乙酯(EMC)、30％乙酸乙酯(EA)，充分混合均匀，配置成电解液溶剂；
S2、分次加入总量为12％的电解质盐六氟磷酸锂(LiPF6)，搅拌10分钟；
S3、加入添加剂，为碳酸亚乙烯酯(VC)，占总重量的3％；氟代碳酸乙烯酯(FEC)占总重量的3％，再搅拌10分钟；
S4、将配制好的电解液置入不锈钢的钢瓶中，即可得到本发明电解液。
实施例3
本发明实施例公开了一种锰铁锂低温电解液及其制备方法，具体如下：
S1、在充满氩气的手套箱中，手套箱中的水分＜10ppm、氧份＜10ppm、湿度＜1％，分别按按重量比分别取10％碳酸乙烯酯(EC)、70％碳酸甲乙酯(EMC)、20％乙酸乙酯(EA)，充分混合均匀，配置成电解液溶剂；
S2、分次加入总量为12％的电解质盐六氟磷酸锂(LiPF6)，搅拌10分钟；
S3、加入添加剂，为碳酸亚乙烯酯(VC)，占总重量的3％；氟代碳酸乙烯酯(FEC)占总重量的3％，再搅拌10分钟；
S4、将配制好的电解液置入不锈钢的钢瓶中，即可得到本发明电解液。
实施例4
本发明实施例公开了一种锰铁锂低温电解液及其制备方法，具体如下：
S1、在充满氩气的手套箱中，手套箱中的水分＜10ppm、氧份＜10ppm、湿度＜1％，分别按按重量比分别取30％碳酸乙烯酯(EC)、70％碳酸甲乙酯(EMC)，充分混合均匀，配置成电解液溶剂；
S2、分次加入总量为12％的电解质盐LiPF6和2％的四氟硼酸锂(LiBOB)，搅拌10分钟；
S3、加入添加剂，为碳酸亚乙烯酯(VC)，占总重量的3％；氟代碳酸乙烯酯(FEC)占总重量的3％，再搅拌10分钟；
S4、将配制好的电解液置入不锈钢的钢瓶中，即可得到本发明电解液。
实施例5
本发明实施例公开了一种锰铁锂低温电解液及其制备方法，具体如下：
S1、在充满氩气的手套箱中，手套箱中的水分＜10ppm、氧份＜10ppm、湿度＜1％，分别按重量比分别取70％碳酸甲乙酯(EMC)、30％乙酸乙酯(EA)，充分混合均匀，配置成电解液溶剂；
S2、分次加入总量为12％的电解质盐LiPF6和2％的四氟硼酸锂(LiBOB)，搅拌10分钟；
S3、加入添加剂，为碳酸亚乙烯酯(VC)，占总重量的3％；氟代碳酸乙烯酯(FEC)占总重量的3％，再搅拌10分钟；
S4、将配制好的电解液置入不锈钢的钢瓶中，即可得到本发明电解液。
实施例6
本发明实施例公开了一种锰铁锂低温电解液及其制备方法，具体如下：
S1、在充满氩气的手套箱中，手套箱中的水分＜10ppm、氧份＜10ppm、湿度＜1％，分别按重量比分别取10％碳酸乙烯酯(EC)、70％碳酸甲乙酯(EMC)、20％乙酸乙酯(EA)，充分混合均匀，配置成电解液溶剂；
S2、分次加入总量为12％的电解质盐LiPF6和2％的四氟硼酸锂(LiBOB)，搅拌10分钟；
S3、加入添加剂，为碳酸亚乙烯酯(VC)，占总重量的3％；氟代碳酸乙烯酯(FEC)占总重量的3％，再搅拌10分钟；
S4、将配制好的电解液置入不锈钢的钢瓶中，即可得到本发明电解液。
实施例7
本发明实施例公开了一种锰铁锂低温电解液及其制备方法，具体如下：
S1、在充满氩气的手套箱中，手套箱中的水分＜10ppm、氧份＜10ppm、湿度＜1％，分别按重量比分别取30％碳酸乙烯酯(EC)、70％碳酸甲乙酯(EMC)，充分混合均匀，配置成电解液溶剂；
S2、分次加入总量为12％的电解质盐LiPF6和2％的四氟硼酸锂(LiBOB)，搅拌10分钟；
S3、加入添加剂，为碳酸亚乙烯酯(VC)，占总重量的3％，氟代碳酸乙烯酯(FEC)占总重量的3％，酰胺1％，再搅拌10分钟；
S4、将配制好的电解液置入不锈钢的钢瓶中，即可得到本发明电解液。
实施例8
本发明实施例公开了一种锰铁锂低温电解液及其制备方法，具体如下：
S1、在充满氩气的手套箱中，手套箱中的水分＜10ppm、氧份＜10ppm、湿度＜1％，分别按重量比分别取70％碳酸甲乙酯(EMC)、30％乙酸乙酯(EA)，充分混合均匀，配置成电解液溶剂；
S2、分次加入总量为12％的电解质盐LiPF6和2％的四氟硼酸锂(LiBOB)，搅拌10分钟；
S3、为碳酸亚乙烯酯(VC)，占总重量的3％，氟代碳酸乙烯酯(FEC)占总重量的3％，酰胺1％，再搅拌10分钟；
S4、将配制好的电解液置入不锈钢的钢瓶中，即可得到本发明电解液。
实施例9
本发明实施例公开了一种锰铁锂低温电解液及其制备方法，具体如下：
S1、在充满氩气的手套箱中，手套箱中的水分＜10ppm、氧份＜10ppm、湿度＜1％，分别按重量比分别取10％碳酸乙烯酯(EC)、70％碳酸甲乙酯(EMC)、20％乙酸乙酯(EA)，充分混合均匀，配置成电解液溶剂；
S2、分次加入总量为12％的电解质盐LiPF6和2％的四氟硼酸锂(LiBOB)，搅拌10分钟；
S3、为碳酸亚乙烯酯(VC)，占总重量的3％，氟代碳酸乙烯酯(FEC)占总重量的3％，酰胺1％，再搅拌10分钟；
S4、将配制好的电解液置入不锈钢的钢瓶中，即可得到本发明电解液。
本发明的有益效果是：本发明低温电解液的制备方法通过对电解液配方的优化，选择合适的电解质与溶剂相匹配，溶剂为多组分溶剂以及共熔点较低的溶剂，采用含有酰胺基团的有机物的添加剂能够与电解液循环过程中产生的氢氟酸(HF)形成络合物，从而减少对电池的伤害，而酰胺类本身结构很稳定且不会对电池性能造成影响，提高锂电池的低温性能。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种锰铁锂低温电解液，所述低温电解液包括导电锂盐、有机溶剂和添加剂，其特征在于，所述导电锂盐的含量为9％-18％，所述导电锂盐为六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、四氟硼酸锂、三氟甲基磺酸锂的一种或几种；所述有机溶剂的含量为70％-90％，所述有机溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、乙酸乙酯的一种或几种，所述添加剂的含量为1％-12％，所述添加剂为酰胺、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、磷酸三甲酯的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的一种锰铁锂低温电解液，其特征在于，所述有机溶剂最多为四种混合，比例为1:x:y:z，其中0≤x≤3、0≤y≤3、0≤z≤3。
3.一种锰铁锂低温电解液的制备方法，其特征在于，具体制备方法如下：
S1、在充满氩气的手套箱中，将有机溶剂均匀混合，用磁力搅拌器搅拌；
S2、将导电锂盐加入到混合溶液中，进行搅拌；
S3、将添加剂加入到S2所得溶液中；
S4、将配制好的电解液置入不锈钢的钢瓶中，即可得到本发明电解液。
4.根据权利要求3所述的一种锰铁锂低温电解液的制备方法，其特征在于，所述手套箱内氧份＜10ppm，水分＜10ppm，湿度＜1％。
5.根据权利要求3所述的一种锰铁锂低温电解液的制备方法，其特征在于，S1中所述搅拌时间为5～20分钟。
6.根据权利要求3所述的一种锰铁锂低温电解液的制备方法，其特征在于，S2中所述搅拌时间为5～20分钟。
7.根据权利要求3所述的一种锰铁锂低温电解液的制备方法，其特征在于，S4中电解液置入不锈钢瓶前，不锈钢瓶充高纯氩气抽真空置换三次。
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