CN108400381A - 一种锂电池电解液的配制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂电池电解液的配制方法，包括以下步骤：S1：选用合适的氯化引发体系，合成制备纯度较高的一氯代碳酸乙烯酯；S2：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后，并依次经过精馏、离子柱分离和分子筛纯化；S3：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，得到产品A；S4：以一氯代碳酸乙烯酯为原料，三乙胺为脱氯剂，合成碳酸亚乙烯酯，并依次经过精馏、离子柱分离和分子筛纯化；S5：碳酸亚乙烯酯可以在碳负极表面发生自由基聚合反应。本发明设计合理，配制方法简单，转化率高，既可以提高电池容量又可以改善电池的安全性能，成本低，安全环保。
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配制方法。
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配制方法。
一种锂电池电解液的配制方法，包括以下步骤：
S1：选用合适的氯化引发体系，合成制备纯度较高的一氯代碳酸乙烯酯；
S2：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后，并依次经过精馏、离子柱分离和分子筛纯化；
S3：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，得到产品A；
S4：以一氯代碳酸乙烯酯为原料，三乙胺为脱氯剂，合成碳酸亚乙烯酯，并依次经过精馏、离子柱分离和分子筛纯化；
S5：碳酸亚乙烯酯可以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，得到产品B；
S6：利用合成反应中的产品A和产品B制备含氟锂电池电解液。
优选的，所述S1中，氯化引发体系是将碳酸乙烯酯加入反应塔中预热至60℃，使碳酸乙烯酯由固体变为液体，再加入引发剂和催化剂，搅拌均匀，加热至60℃，得到含有引发剂和催化剂的碳酸乙烯酯液体，从塔底通入30-50min的氮气，置换塔内空气，氮气尾气放空，氯气经干燥脱水后，加热至65-70℃，在反应塔的底部和中部分别通入氯气，得到的含有引发剂和催化剂的碳酸乙烯酯液体，气液逆流接触反应，保持塔内温度为60-70℃，收集塔底液体一氯代碳酸乙烯酯。
优选的，所述引发剂、催化剂和碳酸乙烯酯的质量比为0.5-2:1-5:80-95。
优选的，所述反应塔的底部通入氯气的体积和反应塔的中部通入氯气的体积比为1:1-3。
优选的，所述S2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S3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。
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；同时选用合适的氯化引发体系，合成制备纯度较高的一氯代碳酸乙烯酯，条件温和，选择型好，转化率高，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，选择的氟化路线具有氟代碳酸乙烯酯的收率高，成本低且三废排放量少等优点，本发明设计合理，配制方法简单，转化率高，既可以提高电池容量又可以改善电池的安全性能，成本低，安全环保。
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
本发明提出的一种锂电池电解液的配制方法，包括以下步骤：
S1：选用合适的氯化引发体系，将碳酸乙烯酯加入反应塔中预热至60℃，使碳酸乙烯酯由固体变为液体，再加入引发剂和催化剂，其中引发剂、催化剂和碳酸乙烯酯的质量比为1:3:88，搅拌均匀，加热至60℃，得到含有引发剂和催化剂的碳酸乙烯酯液体，从塔底通入40min的氮气，置换塔内空气，氮气尾气放空，氯气经干燥脱水后，加热至68℃，在反应塔的底部和中部分别通入氯气，其中反应塔的底部通入氯气的体积和反应塔的中部通入氯气的体积比为1:2，得到的含有引发剂和催化剂的碳酸乙烯酯液体，气液逆流接触反应，保持塔内温度为65℃，合成制备纯度较高的一氯代碳酸乙烯酯；
S2：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，利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，得到氟代碳酸乙烯酯后，并依次经过精馏、离子柱分离和分子筛纯化；
S3：氟代碳酸乙烯酯在石墨负极表面发生电化学还原反应，同时加入1,2-二氟碳酸乙烯酯或含氟醚化合物，形成较厚、阻抗较大的SEI膜，得到产品A；
S4：以一氯代碳酸乙烯酯为原料，三乙胺为脱氯剂，合成碳酸亚乙烯酯，并依次经过精馏、离子柱分离和分子筛纯化；
S5：碳酸亚乙烯酯可以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，得到产品B；
S6：利用合成反应中的产品A和产品B制备含氟锂电池电解液。
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配制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：选用合适的氯化引发体系，合成制备纯度较高的一氯代碳酸乙烯酯；
S2：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后，并依次经过精馏、离子柱分离和分子筛纯化；
S3：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，得到产品A；
S4：以一氯代碳酸乙烯酯为原料，三乙胺为脱氯剂，合成碳酸亚乙烯酯，并依次经过精馏、离子柱分离和分子筛纯化；
S5：碳酸亚乙烯酯可以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，得到产品B；
S6：利用合成反应中的产品A和产品B制备含氟锂电池电解液。
2.根据权利要求1所述的一种锂电池电解液的配制方法，其特征在于，所述S1中，氯化引发体系是将碳酸乙烯酯加入反应塔中预热至60℃，使碳酸乙烯酯由固体变为液体，再加入引发剂和催化剂，搅拌均匀，加热至60℃，得到含有引发剂和催化剂的碳酸乙烯酯液体，从塔底通入30-50min的氮气，置换塔内空气，氮气尾气放空，氯气经干燥脱水后，加热至65-70℃，在反应塔的底部和中部分别通入氯气，得到的含有引发剂和催化剂的碳酸乙烯酯液体，气液逆流接触反应，保持塔内温度为60-70℃，收集塔底液体一氯代碳酸乙烯酯。
3.根据权利要求2所述的一种锂电池电解液的配制方法，其特征在于，所述引发剂、催化剂和碳酸乙烯酯的质量比为0.5-2:1-5:80-95。
4.根据权利要求2所述的一种锂电池电解液的配制方法，其特征在于，所述反应塔的底部通入氯气的体积和反应塔的中部通入氯气的体积比为1:1-3。
5.根据权利要求1所述的一种锂电池电解液的配制方法，其特征在于，所述S2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。
6.根据权利要求1所述的一种锂电池电解液的配制方法，其特征在于，所述S3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。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN111063932A (zh) * | 2018-10-17 | 2020-04-24 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 电解液及二次电池 |
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2018
- 2018-01-29 CN CN201810084974.0A patent/CN108400381A/zh active Pending
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