CN108362781A - 一种锂电池电解液的分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂电池电解液的分析方法，包括以下步骤：S1：选用纯度较高的一氯代碳酸乙烯酯，以一氯代碳酸乙烯酯和亲和性强的氟化试剂进行氟化反应，得到氟代碳酸乙烯酯；S2：氟代碳酸乙烯酯在石墨负极表面发生电化学还原反应，形成较厚、阻抗较大的SEI膜；S3：利用碳酸亚乙烯酯在碳负极表面发生自由基聚合反应，生成聚烷基碳酸酯类化合物；S4：利用合成反应中的氟代碳酸乙烯酯和聚烷基碳酸酯类化合物制备含氟锂电池电解液；S5：在氟锂电池电解液中加入甲醇水溶液。本发明提出的设计合理，分析方式简单，分析的锂电池电池容量和安全性能高，且能够快速准确地得到电解液中含氟元素的定性定量数据，易于推广。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池生产技术领域，尤其涉及一种锂电池电解液的分析方法。
背景技术
VC（碳酸亚乙烯酯）又称1,3-二氧杂环戊烯-2-酮，无色透明液体。其可以作为一种锂离子电池新型有机成膜添加剂与过充保护添加剂，还可以作为制备聚碳酸乙烯酯的单体。
FEC（氟代碳酸乙烯酯）又称4-氟-1,3-二氧戊环-2-酮，是一种重要的锂离子电池电解液添加剂，能形成结构紧密的SEI膜，且不会增加电解液阻抗，能阻止电解液的进一步分解，提高锂电池电解液的低温性能。
VC和FEC作为锂离子电池电解液的重要添加剂既可以提高电池容量又可以改善电池的安全性能。它们是目前锂电池电解液添加剂的宠儿。
自从日本索尼公司1991年推出第一颗锂离子电池，由于其质量比一般电池轻、体积小，而且比能量高、工作电压高、无记忆效应以及自放电小、环境污染小、循环寿命长等一系列卓越的优点使得锂离子电池进入了飞速的发展时期。锂离子电池被广泛的应用于笔记本电脑、照相机、手机等数码产品。目前锂离子电池的使用正向着电动自行车及电动汽车等更为广阔范围的方向迈进。
目前提升电池能量密度的方法：一种是采用较高容量的材料，例如采用硅或一些合金材料，但目前这类材料对电解液相容性非常差，循环性能很难保证。另一种是提高传统正极材料的充电截止电压，例如将钴酸锂电池充电电压提升至4.35V或4.4V；但提高正极活性材料充电截止电位会提高其氧化活性，当锂电池面临环境温度升高持续放电发热等高温状态时，更加速了活性材料和电解液的反应，进而引起爆炸。因此开发电极/电解液界面相容性，耐氧化性强，浸润性好的电解液迫在眉睫。碳酸亚乙烯酯和氟代碳酸乙烯酯在锂离子电池领域具有良好的发展前景，特别是当今低碳生活背景的前提下，开发和应用VC和FEC势在必行。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种锂电池电解液的分析方法。
一种锂电池电解液的分析方法，包括以下步骤：
S1：选用纯度较高的一氯代碳酸乙烯酯，以一氯代碳酸乙烯酯和亲和性强的氟化试剂进行氟化反应，得到氟代碳酸乙烯酯；
S2：氟代碳酸乙烯酯在石墨负极表面发生电化学还原反应，形成较厚、阻抗较大的SEI膜；
S3：利用碳酸亚乙烯酯在碳负极表面发生自由基聚合反应，生成聚烷基碳酸酯类化合物；
S4：利用合成反应中的氟代碳酸乙烯酯和聚烷基碳酸酯类化合物制备含氟锂电池电解液；
S5：在氟锂电池电解液中加入甲醇水溶液，并以90～120r/min的速度搅拌混合均匀2～6h，同时加热至35～70℃，静置分层，分离出有机层；
S6：采用气相色谱仪分析有机层中氟代碳酸乙烯酯的含量，计算得到电解液中氟元素的含量。
优选的，所述S1中，氟化反应用二氧化碳稀释氟气，用惰性溶剂稀释反应底物一氯代碳酸乙烯酯，控制反应条件，饱和烃中的氢原子被取代而生成氟代碳酸乙烯酯。
优选的，所述S2中，电化学还原反应过程中，可以加入1,2-二氟碳酸乙烯酯或含氟醚化合物。
优选的，所述S3中，碳酸亚乙烯酯以一氯代碳酸乙烯酯为原料、三乙胺为脱氯剂合成而得。
优选的，所述S5中，甲醇水溶液中水的质量分数为20%-60%，甲醇水溶液的pH值为1-6。
优选的，所述S5中，在氟锂电池电解液中加入甲醇水溶液，并以100～110r/min的速度搅拌混合均匀3～5h，同时加热至40～60℃，静置分层，分离出有机层。
本发明采用碳酸亚乙烯酯和氟代碳酸乙烯酯作为锂离子电池电解液的重要添加剂既可以提高电池容量又可以改善电池的安全性能，利用气相色谱分析能够非常快捷方便地得到电解液中含氟元素的定性定量数据,分析方式简单，且测量数据准确，本发明设计合理，分析方式简单，分析的锂电池电池容量和安全性能高，且能够快速准确地得到电解液中含氟元素的定性定量数据，易于推广。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
实施例一
本发明提出的一种锂电池电解液的分析方法，包括以下步骤：
S1：选用纯度较高的一氯代碳酸乙烯酯，以一氯代碳酸乙烯酯和亲和性强的氟化试剂进行氟化反应，其中氟化反应用二氧化碳稀释氟气，用惰性溶剂稀释反应底物一氯代碳酸乙烯酯，控制反应条件，饱和烃中的氢原子被取代而生成氟代碳酸乙烯酯；
S2：氟代碳酸乙烯酯在石墨负极表面发生电化学还原反应，在电化学还原反应过程中，可以加入1,2-二氟碳酸乙烯酯或含氟醚化合物，有助于形成较厚、阻抗较大的SEI膜；
S3：以一氯代碳酸乙烯酯为原料、三乙胺为脱氯剂合成制得碳酸亚乙烯酯，利用碳酸亚乙烯酯在碳负极表面发生自由基聚合反应，生成聚烷基碳酸酯类化合物；
S4：利用合成反应中的氟代碳酸乙烯酯和聚烷基碳酸酯类化合物制备含氟锂电池电解液；
S5：在氟锂电池电解液中加入甲醇水溶液，其中甲醇水溶液中水的质量分数为20%，甲醇水溶液的pH值为1，并以90r/min的速度搅拌混合均匀2h，同时加热至35℃，静置分层，分离出有机层；
S6：采用气相色谱仪分析有机层中氟代碳酸乙烯酯的含量，计算得到电解液中氟元素的含量。
实施例二
本发明提出的一种锂电池电解液的分析方法，包括以下步骤：
S1：选用纯度较高的一氯代碳酸乙烯酯，以一氯代碳酸乙烯酯和亲和性强的氟化试剂进行氟化反应，其中氟化反应用二氧化碳稀释氟气，用惰性溶剂稀释反应底物一氯代碳酸乙烯酯，控制反应条件，饱和烃中的氢原子被取代而生成氟代碳酸乙烯酯；
S2：氟代碳酸乙烯酯在石墨负极表面发生电化学还原反应，在电化学还原反应过程中，可以加入1,2-二氟碳酸乙烯酯或含氟醚化合物，有助于形成较厚、阻抗较大的SEI膜；
S3：以一氯代碳酸乙烯酯为原料、三乙胺为脱氯剂合成制得碳酸亚乙烯酯，利用碳酸亚乙烯酯在碳负极表面发生自由基聚合反应，生成聚烷基碳酸酯类化合物；
S4：利用合成反应中的氟代碳酸乙烯酯和聚烷基碳酸酯类化合物制备含氟锂电池电解液；
S5：在氟锂电池电解液中加入甲醇水溶液，其中甲醇水溶液中水的质量分数为40%，甲醇水溶液的pH值为3.5，并以105r/min的速度搅拌混合均匀4h，同时加热至48℃，静置分层，分离出有机层；
S6：采用气相色谱仪分析有机层中氟代碳酸乙烯酯的含量，计算得到电解液中氟元素的含量。
实施例三
本发明提出的一种锂电池电解液的分析方法，包括以下步骤：
S1：选用纯度较高的一氯代碳酸乙烯酯，以一氯代碳酸乙烯酯和亲和性强的氟化试剂进行氟化反应，其中氟化反应用二氧化碳稀释氟气，用惰性溶剂稀释反应底物一氯代碳酸乙烯酯，控制反应条件，饱和烃中的氢原子被取代而生成氟代碳酸乙烯酯；
S2：氟代碳酸乙烯酯在石墨负极表面发生电化学还原反应，在电化学还原反应过程中，可以加入1,2-二氟碳酸乙烯酯或含氟醚化合物，有助于形成较厚、阻抗较大的SEI膜；
S3：以一氯代碳酸乙烯酯为原料、三乙胺为脱氯剂合成制得碳酸亚乙烯酯，利用碳酸亚乙烯酯在碳负极表面发生自由基聚合反应，生成聚烷基碳酸酯类化合物；
S4：利用合成反应中的氟代碳酸乙烯酯和聚烷基碳酸酯类化合物制备含氟锂电池电解液；
S5：在氟锂电池电解液中加入甲醇水溶液，其中甲醇水溶液中水的质量分数为60%，甲醇水溶液的pH值为6，并以120r/min的速度搅拌混合均匀6h，同时加热至70℃，静置分层，分离出有机层；
S6：采用气相色谱仪分析有机层中氟代碳酸乙烯酯的含量，计算得到电解液中氟元素的含量。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种锂电池电解液的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：选用纯度较高的一氯代碳酸乙烯酯，以一氯代碳酸乙烯酯和亲和性强的氟化试剂进行氟化反应，得到氟代碳酸乙烯酯；
S2：氟代碳酸乙烯酯在石墨负极表面发生电化学还原反应，形成较厚、阻抗较大的SEI膜；
S3：利用碳酸亚乙烯酯在碳负极表面发生自由基聚合反应，生成聚烷基碳酸酯类化合物；
S4：利用合成反应中的氟代碳酸乙烯酯和聚烷基碳酸酯类化合物制备含氟锂电池电解液；
S5：在氟锂电池电解液中加入甲醇水溶液，并以90～120r/min的速度搅拌混合均匀2～6h，同时加热至35～70℃，静置分层，分离出有机层；
S6：采用气相色谱仪分析有机层中氟代碳酸乙烯酯的含量，计算得到电解液中氟元素的含量。
2.根据权利要求1所述的一种锂电池电解液的分析方法，其特征在于，所述S1中，氟化反应用二氧化碳稀释氟气，用惰性溶剂稀释反应底物一氯代碳酸乙烯酯，控制反应条件，饱和烃中的氢原子被取代而生成氟代碳酸乙烯酯。
3.根据权利要求1所述的一种锂电池电解液的分析方法，其特征在于，所述S2中，电化学还原反应过程中，可以加入1,2-二氟碳酸乙烯酯或含氟醚化合物。
4.根据权利要求1所述的一种锂电池电解液的分析方法，其特征在于，所述S3中，碳酸亚乙烯酯以一氯代碳酸乙烯酯为原料、三乙胺为脱氯剂合成而得。
5.根据权利要求1所述的一种锂电池电解液的分析方法，其特征在于，所述S5中，甲醇水溶液中水的质量分数为20%-60%，甲醇水溶液的pH值为1-6。
6.根据权利要求1所述的一种锂电池电解液的分析方法，其特征在于，所述S5中，在氟锂电池电解液中加入甲醇水溶液，并以100～110r/min的速度搅拌混合均匀3～5h，同时加热至40～60℃，静置分层，分离出有机层。
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