CN107482252A - 锂离子电池用电解液及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池用电解液及制备方法，电解液中各组分的重量百分含量如下：磷酸铁锂为8‑10％、PC为40‑50％、DEC为40‑50％和次层石墨烯为0.5‑1.5％；次层石墨烯包括多层片状石墨烯和金刚石，金刚石位于多层片状石墨烯的相邻的两层之间，金刚石与多层片状石墨烯的碳原子一一对应；多层片状石墨烯为3‑5层片状石墨烯。本发明的电解液中加入次层石墨烯，将电解电压提高至4.40‑4.45V，即提高电池的安全性，其中次层石墨烯为3‑5层片状石墨烯并掺杂金刚石的新型材料，且加入的金刚石为球状碳，使得多层片状石墨烯的相邻两层之间导通，提高材料导电性；加入该材料的电解液，在不改变电池其它结构的情况下，就能增加离子交换通道，使电池在较大电流放电的过程中有效减少能耗。

Description

锂离子电池用电解液及制备方法
技术领域
本发明涉及电池用有机溶剂及其制备技术领域，特别涉及一种锂离子电池用电解液及制备方法。
背景技术
锂离子电池：是一种二次电池(充电电池)，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。电池一般采用含有锂元素的材料作为电极，是现代高性能电池的代表。
目前,锂离子电池研究日益广泛,作为二次绿色电池的锂离子电池展现出比其它电池具有无可比拟的优点,电压平台高、无污染、高比能量、体积小和重量轻等。当前锂离子电池主要用于小电流放电,但由于电动汽车等的发展，对锂离子电池的性能提出了更高的要求。以电动汽车为例，消费者对电动汽车的一个重要评价指标就是速度，速度要高的话，电池的功率就要大，即电池的电流大，而且产热多。
而现有技术的锂离子电池的有机溶剂一般为锂盐，并加入溶剂和添加剂，有的加入石墨烯，但加入的石墨烯添加剂也只是普通石墨烯，即为片状碳结构，该结构在片层内有良好的导热和导电效果，而在片层之间由于狄拉克点(电中性点)的存在，使得相互片层之间几乎处于隔绝状态，在电流大、产热多的情况下，不能及时将热量散出，存在安全隐患，甚至发生爆炸，造成人身伤害，十分危险。
因此具有高倍率大电流放电性能的锂离子电池材料亟待研究,以适应市场的需要。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种锂离子电池用电解液及制备方法，电解液中加入次层石墨烯，将电解电压提高至4.40-4.45V，即提高电池的安全性，其中次层石墨烯为3-5层片状石墨烯并掺杂金刚石的新型材料，且加入的金刚石为球状碳，使得多层片状石墨烯的相邻两层之间导通，提高材料导电性；加入该材料的电解液，在不改变电池其它结构的情况下，就能增加离子交换通道，使电池在较大电流放电的过程中可以有效减少能耗，并增加电池寿命。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种锂离子电池用电解液，包括电解质、有机溶剂和添加剂，所述电解质为磷酸铁锂，所述有机溶剂包括PC和DEC，所述添加剂包括次层石墨烯；
各组分的重量百分含量如下：所述磷酸铁锂为8-10％、所述PC为40-50％、所述DEC为40-50％和所述次层石墨烯为0.5-1.5％；
所述次层石墨烯包括多层片状石墨烯和金刚石，所述金刚石位于多层片状石墨烯的相邻的两层之间，所述金刚石与所述的多层片状石墨烯的碳原子一一对应；
所述多层片状石墨烯与所述金刚石的重量比为18-19:1；
所述多层片状石墨烯为3-5层片状石墨烯，所述多层片状石墨烯的每层的厚度为0.2-0.5nm；所述多层片状石墨烯的相邻两层的层间距为0.2-0.4nm；
所述金刚石为球状碳，且所述球状碳的粒径为0.7-1.6nm。
进一步地说，所述磷酸铁锂为8.5-9.5％、所述PC为44-46％、所述DEC为44-46％和所述次层石墨烯为0.8-1.2％。
进一步地说，所述多层片状石墨烯与所述金刚石的重量比为18.5:1；
所述多层片状石墨烯的层数为5层，所述多层片状石墨烯的每层的厚度为0.5nm；所述多层片状石墨烯的相邻两层的层间距为0.3nm；
所述金刚石为球状碳，且所述球状碳的粒径为0.9nm。
进一步地说，所述次层石墨烯的制备方法按照如下步骤进行：
步骤一、采用化学沉积法制备多层片状石墨烯：用阴极射线在二氧化硅基体表面沉积一层镍金属层，所述镍金属层的厚度为200-400nm；
步骤二、在温度950-1150℃的管式炉中通入甲烷、氢气和氨气组成的混合气以及普通石墨粉，并迅速在100ms以内冷却到室温，得到多层片状石墨烯，此处所述多层片状石墨烯的层数为3-12层；
步骤三、在十万级以上洁净度环境下，通过电子显微镜观测后用分子刀剥离出3-5层片状石墨烯；
步骤四、将步骤三剥离出的3-5层片状石墨烯与金刚石按比例混合，在真空100-200Pa、600-800℃高温下，搅拌34-38h，即得成品。
本发明还提供了一种所述的锂离子电池用电解液的制备方法，按照如下步骤进行：将磷酸铁锂、PC、DEC和次层石墨烯按比例加入到搅拌釜中，温度控制在0-5℃，抽真空至100-500Pa锂离子电池用电解液，保持真空的情况下搅拌12-24h，搅拌速度为每分钟500-1000转，即得成品。
本发明的有益效果是：
本发明的电解液中加入次层石墨烯，将电解电压从4.35V提高至4.40-4.45V，从而达到更好的安全性能，其中次层石墨烯为3-5层片状石墨烯并掺杂金刚石的新型材料，且加入的金刚石为球状碳，使得多层片状石墨烯的相邻两层之间导通，提高材料导电性；加入该材料的电解液，在不改变电池其它结构的情况下，就能增加离子交换通道，使电池在较大电流放电的过程中可以有效减少能耗，并增加电池寿命。
本发明的上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
附图中各部分标记如下：
次层石墨烯100、多层片状石墨烯101、碳原子102和金刚石103。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的具体实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的优点及功效。本发明也可以其它不同的方式予以实施，即，在不背离本发明所揭示的范畴下，能予不同的修饰与改变。
一种锂离子电池用电解液，包括电解质、有机溶剂和添加剂，所述电解质为磷酸铁锂，所述有机溶剂包括PC(聚碳酸酯)和DEC(碳酸二乙酯)，所述添加剂包括次层石墨烯；
各组分的重量百分含量如下：所述磷酸铁锂为8-10％、所述PC为40-50％、所述DEC为40-50％和所述次层石墨烯为0.5-1.5％；
所述次层石墨烯100包括多层片状石墨烯101和金刚石103，所述金刚石位于多层片状石墨烯的相邻的两层之间，所述金刚石与所述的多层片状石墨烯的碳原子102一一对应；
所述多层片状石墨烯与所述金刚石的重量比为18-19:1；
所述多层片状石墨烯为3-5层片状石墨烯，所述多层片状石墨烯的每层的厚度为0.2-0.5nm；所述多层片状石墨烯的相邻两层的层间距为0.2-0.4nm；
所述金刚石为球状碳，且所述球状碳的粒径为0.7-1.6nm。
优选的，所述磷酸铁锂为8.5-9.5％、所述PC为44-46％、所述DEC为44-46％和所述次层石墨烯为0.8-1.2％。
实施例1:所述磷酸铁锂为8％、所述PC为50％、所述DEC为41％和所述次层石墨烯为1％；
如图1所示，所述多层片状石墨烯与所述金刚石的重量比为18.5:1；
所述多层片状石墨烯的层数为5层，所述多层片状石墨烯的每层的厚度为0.5nm；所述多层片状石墨烯的相邻两层的层间距为0.3nm；
所述金刚石为球状碳，且所述球状碳的粒径为0.9nm。
实施例2：所述磷酸铁锂为8.5％、所述PC为40.7％、所述DEC为50％和所述次层石墨烯为0.8％；
所述多层片状石墨烯与所述金刚石的重量比为18:1；
所述多层片状石墨烯的层数为4层，所述多层片状石墨烯的每层的厚度为0.4nm；所述多层片状石墨烯的相邻两层的层间距为0.2nm；
所述金刚石为球状碳，且所述球状碳的粒径为0.7nm。
实施例3：所述磷酸铁锂为9％、所述PC为49.8％、所述DEC为40％和所述次层石墨烯为1.2％；
所述多层片状石墨烯与所述金刚石的重量比为18.7:1；
所述多层片状石墨烯的层数为3层，所述多层片状石墨烯的每层的厚度为0.2nm；所述多层片状石墨烯的相邻两层的层间距为0.4nm；
所述金刚石为球状碳，且所述球状碳的粒径为1.6nm。
实施例4：所述磷酸铁锂为10％、所述PC为40％、所述DEC为49.5％和所述次层石墨烯为0.5％；
所述多层片状石墨烯与所述金刚石的重量比为18.3:1；
所述多层片状石墨烯的层数为3层，所述多层片状石墨烯的每层的厚度为0.3nm；所述多层片状石墨烯的相邻两层的层间距为0.25nm；
所述金刚石为球状碳，且所述球状碳的粒径为1.0nm。
实施例5：所述磷酸铁锂为9.5％、所述PC为44％、所述DEC为45％和所述次层石墨烯为1.5％；
所述多层片状石墨烯与所述金刚石的重量比为19:1；
所述多层片状石墨烯的层数为5层，所述多层片状石墨烯的每层的厚度为0.35nm；所述多层片状石墨烯的相邻两层的层间距为0.35nm；
所述金刚石为球状碳，且所述球状碳的粒径为1.2nm。
本发明的实施例1到实施例5所述的次层石墨烯的制备方法，按照如下步骤进行：
步骤一、采用化学沉积法制备多层片状石墨烯：用阴极射线在二氧化硅基体表面沉积一层镍金属层，所述镍金属层的厚度为200-400nm；
步骤二、在温度950-1150℃的管式炉中通入甲烷、氢气和氨气组成的混合气以及普通石墨粉，并迅速在100ms以内冷却到室温，得到多层片状石墨烯，此处所述多层片状石墨烯的层数为3-12层；
步骤三、在十万级以上洁净度环境下，通过电子显微镜观测后用分子刀剥离出3-5层片状石墨烯；
步骤四、将步骤三剥离出的3-5层片状石墨烯与金刚石按比例混合，在真空100-200Pa、600-800℃高温下，搅拌34-38h，即得成品。
优选的，步骤一中，所述镍金属层的厚度为300nm。
本发明的实施例1到实施例5所述的锂离子电池用电解液的制备方法，按照如下步骤进行：将磷酸铁锂、PC、DEC和次层石墨烯按比例加入到搅拌釜中，温度控制在0-5℃，抽真空至100-500Pa锂离子电池用电解液，保持真空的情况下搅拌12-24h，搅拌速度为每分钟500-1000转，即得成品。
本发明的电解液中加入次层石墨烯，将电解电压从4.35V提高至4.40-4.45V，从而达到更好的安全性能，其中次层石墨烯为3-5层片状石墨烯并掺杂金刚石的新型材料，且加入的金刚石为球状碳，使得多层片状石墨烯的相邻两层之间导通，提高材料导电性；加入该材料的电解液，在不改变电池其它结构的情况下，就能增加离子交换通道，使电池在较大电流放电的过程中可以有效减少能耗，并增加电池寿命。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种锂离子电池用电解液，其特征在于：包括电解质、有机溶剂和添加剂，所述电解质为磷酸铁锂，所述有机溶剂包括PC和DEC，所述添加剂包括次层石墨烯；
各组分的重量百分含量如下：所述磷酸铁锂为8-10％、所述PC为40-50％、所述DEC为40-50％和所述次层石墨烯为0.5-1.5％；
所述次层石墨烯包括多层片状石墨烯和金刚石，所述金刚石位于多层片状石墨烯的相邻的两层之间，所述金刚石与所述的多层片状石墨烯的碳原子一一对应；
所述多层片状石墨烯与所述金刚石的重量比为18-19:1；
所述多层片状石墨烯为3-5层片状石墨烯，所述多层片状石墨烯的每层的厚度为0.2-0.5nm；所述多层片状石墨烯的相邻两层的层间距为0.2-0.4nm；
所述金刚石为球状碳，且所述球状碳的粒径为0.7-1.6nm。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池用电解液，其特征在于：所述磷酸铁锂为8.5-9.5％、所述PC为44-46％、所述DEC为44-46％和所述次层石墨烯为0.8-1.2％。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池用电解液，其特征在于：
所述多层片状石墨烯与所述金刚石的重量比为18.5:1；
所述多层片状石墨烯的层数为5层，所述多层片状石墨烯的每层的厚度为0.5nm；所述多层片状石墨烯的相邻两层的层间距为0.3nm；
所述金刚石为球状碳，且所述球状碳的粒径为0.9nm。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池用电解液，其特征在于：所述次层石墨烯的制备方法按照如下步骤进行：
步骤一、采用化学沉积法制备多层片状石墨烯：用阴极射线在二氧化硅基体表面沉积一层镍金属层，所述镍金属层的厚度为200-400nm；
步骤二、在温度950-1150℃的管式炉中通入甲烷、氢气和氨气组成的混合气以及普通石墨粉，并迅速在100ms以内冷却到室温，得到多层片状石墨烯，此处所述多层片状石墨烯的层数为3-12层；
步骤三、在十万级以上洁净度环境下，通过电子显微镜观测后用分子刀剥离出3-5层片状石墨烯；
步骤四、将步骤三剥离出的3-5层片状石墨烯与金刚石按比例混合，在真空100-200Pa、600-800℃高温下，搅拌34-38h，即得成品。
5.一种根据权利要求1所述的锂离子电池用电解液的制备方法，其特征在于：将磷酸铁锂、PC、DEC和次层石墨烯按比例加入到搅拌釜中，温度控制在0-5℃，抽真空至100-500Pa锂离子电池用电解液，保持真空的情况下搅拌12-24h，搅拌速度为每分钟500-1000转，即得成品。
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Application publication date: 20171215

Assignee: Kunshan Jin Xin new energy Limited by Share Ltd

Assignor: Kunshan state is the new energy power battery Co., Ltd.

Contract record no.: 2018320010058

Denomination of invention: Electrolyte for lithium ion battery, and preparation method thereof

License type: Exclusive License

Record date: 20181114

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