CN108390097A - 一种含苯甲腈添加剂的高电压电解液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含苯甲腈添加剂的高电压电解液及其制备方法，包括以下原料：环状碳酸酯、线性碳酸酯碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、无机导电锂盐和添加剂苯甲腈，并依次按以下质量份数比：环状碳酸酯1份、线性碳酸酯碳酸二乙酯1份、碳酸甲乙酯1份、无机导电锂盐1份和添加剂苯甲腈1份。通过添加苯甲腈添加剂改善高电压性能，可以在电池循环过程中在正极材料表面形成致密均匀阻抗低的保护膜，保护膜可以抑制电解液溶剂的氧化分解，同时能维持正极材料的结构稳定性，效果可靠，添加高电压功能添加剂苯甲腈改善高电压下锂离子电池稳定性方法简单，操作简洁，添加量较小，实用经济。

Description

一种含苯甲腈添加剂的高电压电解液及其制备方法
技术领域
本发明涉及到一种锂电池高电压电解液，特别涉及一种含苯甲腈添加剂的高电压电解液及其制备方法。
背景技术
能源问题是二十一世纪人类面临的重大问题之一，得到了世界各国的高度重视。锂离子电池作为新兴的新能源，发展迅猛。因为兼具能量密度高、截止电压高以及循环寿命长的特点，具有很好的商业前景。现在常见的商用锂离子正极材料有磷酸铁锂、钴酸锂、镍钴锰三元材料等。虽然各种正极材料的理论容量都比较大，但是因为截至电压都不超过4.2V，能量密度不能够最大化，提高正极材料截止电压也面临着新的问题，随着电压的升高，材料结构的稳定性降低，常规电解液在高电压下的不兼容性，导致电池的循环性下降。常用的碳酸酯基电解液在高电压下容易发生氧化分解，所产生的副产物对电池性能有负面的影响，一方面电池内部阻抗增大，另一方面电池正极材料也会遭受腐蚀。特别对于三元材料，高电压下，镍钴锰等离子会从正极材料中溶出，导致正极材料结构坍塌，从而造成容量的不可逆性衰减，容易造成普通锂电材料在高电压下性能衰减过快，高电压下稳定性差的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含苯甲腈添加剂的高电压电解液及其制备方法，在正极材料表面形成致密均匀阻抗低的保护膜，结构稳定性，效果可靠，方法简单，操作简洁，添加量较小，实用经济的优点，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：一种含苯甲腈添加剂的高电压电解液，包括以下原料：环状碳酸酯、线性碳酸酯碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、无机导电锂盐和添加剂苯甲腈，并依次按以下质量份数比：环状碳酸酯1-3份、线性碳酸酯碳酸二乙酯1-2份、碳酸甲乙酯1-5份、无机导电锂盐1份和添加剂苯甲腈1份。
所述的，含添加剂苯甲腈的高电压电解液所使用的正极材料包括钴酸锂、三元镍钴锰523或/和三元镍钴锰622。
所述的，添加剂苯甲腈的纯度大于99%，环状碳酸酯为碳酸乙烯酯或是碳酸丙烯酯，所述线性碳酸酯包括碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸甲丙酯以及碳酸三甲酯中的一种或多种，无机导电锂盐是LiPF6、LiBOB、LiAsF6、LiBF4、LiSO3CF3、Li（CF3SO2）2N中的一种或者多种，所述无机锂盐的浓度为0.5-1.5mol/L。
根据本发明目的还提供了一种所述的含苯甲腈添加剂的高电压电解液及其制备方法，包括如下步骤：
S1：将环状碳酸酯和线性碳酸酯按要求的比例在含氩气的手套箱中混合，除水除杂；
S2：在手套箱中，将干燥的无机导电锂盐加入上述中的溶剂体系，在适宜的温度下搅拌一定的时间进行溶解，得到基础电解液；
S3：对功能添加剂苯甲腈进行除水除杂；
S4：将处理后的添加剂苯甲腈加入到基础电解液，得到含苯甲腈添加剂的高电压电解液。
优选的，针对S2中的适宜操作温度为20-35℃，搅拌的速度为300转/秒-1000转/秒，搅拌时间为1-8小时。
优选的，针对S1和S1中除水除杂所用物质包括活性炭、分子筛、无水氯化钙、无水氧化钙、氢化钙中的一种或者多种，分子筛经过活化，可用4A分子筛或者5A分子筛。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本含苯甲腈添加剂的高电压电解液及其制备方法，通过添加苯甲腈添加剂改善高电压性能，可以在电池循环过程中在正极材料表面形成致密均匀阻抗低的保护膜，保护膜可以抑制电解液溶剂的氧化分解，同时能维持正极材料的结构稳定性，效果可靠，添加高电压功能添加剂苯甲腈改善高电压下锂离子电池稳定性方法简单，操作简洁，添加量较小，实用经济。
具体实施方式
现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做出创造性劳动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。
实施例一：
一种含苯甲腈添加剂的高电压电解液，包括以下原料：环状碳酸酯、线性碳酸酯碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、无机导电锂盐和添加剂苯甲腈，并依次按以下质量份数比：环状碳酸酯1份、线性碳酸酯碳酸二乙酯1份、碳酸甲乙酯1份、无机导电锂盐1份和添加剂苯甲腈1份，添加剂苯甲腈的纯度大于99%，环状碳酸酯为碳酸乙烯酯或是碳酸丙烯酯，线性碳酸酯包括碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸甲丙酯以及碳酸三甲酯中的一种或多种，无机导电锂盐是LiPF6、LiBOB、LiAsF6、LiBF4、LiSO3CF3、Li（CF3SO2）2N中的一种或者多种，无机锂盐的浓度为0.5-1.5mol/L，含添加剂苯甲腈的高电压电解液所使用的正极材料包括钴酸锂、三元镍钴锰523和三元镍钴锰622。
一种所述的含苯甲腈添加剂的高电压电解液及其制备方法，以上述配比为基准，包括如下步骤：
第一步：将环状碳酸酯和线性碳酸酯按要求的比例在含氩气的手套箱中混合，除水除杂，除水除杂所用物质包括活性炭、分子筛、无水氯化钙、无水氧化钙、氢化钙中的一种或者多种，分子筛经过活化，可用4A分子筛或者5A分子筛；
第二步：在手套箱中，将干燥的无机导电锂盐加入上述中的溶剂体系，在适宜的温度下搅拌一定的时间进行溶解，适宜操作温度为20-35℃，搅拌的速度为300转/秒-1000转/秒，搅拌时间为1-8小时，得到基础电解液；
第三步：对功能添加剂苯甲腈进行除水除杂，除水除杂所用物质包括活性炭、分子筛、无水氯化钙、无水氧化钙、氢化钙中的一种或者多种，分子筛经过活化，可用4A分子筛或者5A分子筛；
第四步：将处理后的添加剂苯甲腈加入到基础电解液，得到含苯甲腈添加剂的高电压电解液，添加量为基础电解液质量的5%，混合均匀，得到含添加剂苯甲腈的高电压电解液。
实施例二：
环状碳酸酯、线性碳酸酯碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、无机导电锂盐和添加剂苯甲腈，并依次按以下质量份数比：环状碳酸酯3份、线性碳酸酯碳酸二乙酯2份、碳酸甲乙酯5份、无机导电锂盐1份和添加剂苯甲腈1份，添加剂苯甲腈的纯度大于99%，环状碳酸酯为碳酸乙烯酯或是碳酸丙烯酯，线性碳酸酯包括碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸甲丙酯以及碳酸三甲酯中的一种或多种，无机导电锂盐是LiPF6、LiBOB、LiAsF6、LiBF4、LiSO3CF3、Li（CF3SO2）2N中的一种或者多种，无机锂盐的浓度为0.5-1.5mol/L，含添加剂苯甲腈的高电压电解液所使用的正极材料包括钴酸锂、三元镍钴锰523和三元镍钴锰622。
一种所述的含苯甲腈添加剂的高电压电解液及其制备方法，以上述配比为基准，包括如下步骤：
第一步：将环状碳酸酯和线性碳酸酯按要求的比例在含氩气的手套箱中混合，除水除杂，除水除杂所用物质包括活性炭、分子筛、无水氯化钙、无水氧化钙、氢化钙中的一种或者多种，分子筛经过活化，可用4A分子筛或者5A分子筛；
第二步：在手套箱中，将干燥的无机导电锂盐加入上述中的溶剂体系，在适宜的温度下搅拌一定的时间进行溶解，适宜操作温度为20-35℃，搅拌的速度为300转/秒-1000转/秒，搅拌时间为1-8小时，得到基础电解液；
第三步：对功能添加剂苯甲腈进行除水除杂，除水除杂所用物质包括活性炭、分子筛、无水氯化钙、无水氧化钙、氢化钙中的一种或者多种，分子筛经过活化，可用4A分子筛或者5A分子筛；
第四步：将处理后的添加剂苯甲腈加入到基础电解液，得到含苯甲腈添加剂的高电压电解液，添加量为基础电解液质量的3%，混合均匀，得到含添加剂苯甲腈的高电压电解液。
实施例三：
环状碳酸酯、线性碳酸酯碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、无机导电锂盐和添加剂苯甲腈，并依次按以下体积比：环状碳酸酯、线性碳酸酯碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、无机导电锂盐和添加剂苯甲腈，并依次按以下体积比：环状碳酸酯、线性碳酸酯碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、无机导电锂盐和添加剂苯甲腈为1：1：1：1：1，添加剂苯甲腈的纯度大于99%，环状碳酸酯为碳酸乙烯酯或是碳酸丙烯酯，线性碳酸酯包括碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸甲丙酯以及碳酸三甲酯中的一种或多种，无机导电锂盐是LiPF6、LiBOB、LiAsF6、LiBF4、LiSO3CF3、Li（CF3SO2）2N中的一种或者多种，无机锂盐的浓度为0.5-1.5mol/L，含添加剂苯甲腈的高电压电解液所使用的正极材料包括钴酸锂、三元镍钴锰523和三元镍钴锰622。
一种所述的含苯甲腈添加剂的高电压电解液及其制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步：将环状碳酸酯和线性碳酸酯按要求的比例在含氩气的手套箱中混合，除水除杂，除水除杂所用物质包括活性炭、分子筛、无水氯化钙、无水氧化钙、氢化钙中的一种或者多种，分子筛经过活化，可用4A分子筛或者5A分子筛；
第二步：在手套箱中，将干燥的无机导电锂盐加入上述中的溶剂体系，在适宜的温度下搅拌一定的时间进行溶解，适宜操作温度为20-35℃，搅拌的速度为300转/秒-1000转/秒，搅拌时间为1-8小时，得到基础电解液；
第三步：对功能添加剂苯甲腈进行除水除杂，除水除杂所用物质包括活性炭、分子筛、无水氯化钙、无水氧化钙、氢化钙中的一种或者多种，分子筛经过活化，可用4A分子筛或者5A分子筛；
第四步：将处理后的添加剂苯甲腈加入到基础电解液，得到含苯甲腈添加剂的高电压电解液，添加量为基础电解液质量的6%，混合均匀，得到含添加剂苯甲腈的高电压电解液。
功能添加剂在3-4.3V到3-4.5V的电压范围内，在充放电初期在正极表面形成一层保护膜，一方面抑制碳酸酯溶剂分解，另一方面保护正极材料的结构，为此，本发明通过在实施例一至实施例三，不同重量份数或体积的环状碳酸酯、线性碳酸酯碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、无机导电锂盐和添加剂苯甲腈配比的方式，通过添加苯甲腈添加剂改善高电压性能，可以在电池循环过程中在正极材料表面形成致密均匀阻抗低的保护膜，保护膜可以抑制电解液溶剂的氧化分解，同时能维持正极材料的结构稳定性，效果可靠，添加高电压功能添加剂苯甲腈改善高电压下锂离子电池稳定性方法简单，操作简洁，添加量较小，实用经济。
综上所述，本发明提出的含苯甲腈添加剂的高电压电解液及其制备方法，通过添加苯甲腈添加剂改善高电压性能，可以在电池循环过程中在正极材料表面形成致密均匀阻抗低的保护膜，保护膜可以抑制电解液溶剂的氧化分解，同时能维持正极材料的结构稳定性，效果可，添加高电压功能添加剂苯甲腈改善高电压下锂离子电池稳定性方法简单，操作简洁，添加量较小，实用经济。
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)

1.一种含苯甲腈添加剂的高电压电解液，其特征在于，包括以下原料：环状碳酸酯、线性碳酸酯碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、无机导电锂盐和添加剂苯甲腈，并依次按以下质量份数比：环状碳酸酯1-3份、线性碳酸酯碳酸二乙酯1-2份、碳酸甲乙酯1-5份、无机导电锂盐1份和添加剂苯甲腈1份。
2.根据权利要求1所述的一种含苯甲腈添加剂的高电压电解液，其特征在于：含添加剂苯甲腈的高电压电解液所使用的正极材料包括钴酸锂、三元镍钴锰523或/和三元镍钴锰622。
3.根据权利要求1或2所述的一种含苯甲腈添加剂的高电压电解液，其特征在于：添加剂苯甲腈的纯度大于99％，环状碳酸酯为碳酸乙烯酯或是碳酸丙烯酯，所述线性碳酸酯包括碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸甲丙酯以及碳酸三甲酯中的一种或多种，无机导电锂盐是LiPF6、LiBOB、LiAsF6、LiBF4、LiSO3CF3、Li(CF3SO2)2N中的一种或者多种，所述无机锂盐的浓度为0.5-1.5mol/L。
4.一种根据权利要求1所述的含苯甲腈添加剂的高电压电解液及其制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将环状碳酸酯和线性碳酸酯按要求的比例在含氩气的手套箱中混合，除水除杂；
S2：在手套箱中，将干燥的无机导电锂盐加入上述中的溶剂体系，在适宜的温度下搅拌一定的时间进行溶解，得到基础电解液；
S3：对功能添加剂苯甲腈进行除水除杂；
S4：将处理后的添加剂苯甲腈加入到基础电解液，得到含苯甲腈添加剂的高电压电解液。
5.根据权利要求4所述的一种含苯甲腈添加剂的高电压电解液及其制备方法，其特征在于，针对S2中的适宜操作温度为20-35℃，搅拌的速度为300转/秒-1000转/秒，搅拌时间为1-8小时。
6.根据权利要求4所述的一种含苯甲腈添加剂的高电压电解液及其制备方法，其特征在于，所述针对S1和S3除水除杂所用物质包括活性炭、分子筛、无水氯化钙、无水氧化钙、氢化钙中的一种或者多种，分子筛经过活化，可用4A分子筛或者5A分子筛。
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