CN108598573B - 一种锂电池电解液的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂电池电解液的制备方法，属于电池技术领域。按重量份数计，依次称取20～25份碳酸乙烯酯，20～23份二甲基碳酸酯，20～25份二乙基碳酸酯，15～18份六氟磷酸锂，8～12份改性海泡石，5～10份添加剂，2～4份分散剂和4～6份有机硼酸锂盐，先将碳酸乙烯酯，二甲基碳酸酯和二乙基碳酸酯混合，并加入六氟磷酸锂，搅拌混合后，得坯料，将坯料与改性海泡石混合，并依次加入添加剂，有机硼酸锂盐和分散剂，搅拌混合后，即得锂电池电解液。本发明所得锂电池电解液热稳定性得到了有效提高。

Description

一种锂电池电解液的制备方法
技术领域
本发明公开了一种锂电池电解液的制备方法，属于电池技术领域。
背景技术
自从1859年Gaston Plante发明铅酸蓄电池以来，研究开发高比能量、长循环寿命的蓄电池一直是化学电源界探寻的目标。1980年Armand提出的摇椅式锂离子蓄电池设想有力地推动了锂离子蓄电池的发展和应用。嵌锂化合物代替锂蓄电池中的金属锂负极，既保持了锂电池工作电压高的优点，又很大程度上解决了锂电池的安全问题，同时还大大提高了电池的充放电效率和循环寿命。摇椅式锂离子蓄电池是一种新的绿色能源，也是国家重点支持的高新技术产业。锂离子蓄电池在便携式电子设备、电动车、国防工业等领域显示出巨大的应用前景和潜在的经济效益，成为近年电池界广泛研究的热点。作为锂离子蓄电池重要组成部分的电解液，其性能优劣至关重要。
电解液是在电池正、负极之间起传导作用的离子导体，它本身的性能及其与正负极形成的界面状况很大程度上影响电池的性能。优良的锂离子蓄电池有机电解液应具备以下几点要求：（1）良好的化学稳定性，与电池内的正负极活性物质和集流体（一般用Al和Cu箔）不发生化学反应；（2）宽的电化学稳定窗口；（3）高的锂离子电导率；（4）良好的成膜（SEI）特性；在负极材料表面形成稳定钝化膜；（5）合适的温度范围（沸点-溶点）；（6）安全低毒，无环境污染。但是，传统电池电解液还存在热稳定性不佳的稳定，因此还需对此进行研究。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是：针对传统电池电解液热稳定性不佳的问题，提供了一种锂电池电解液的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
（1）将聚乙烯蜡与硫酰氯按质量比2：1～1：1混合，并加入聚乙烯蜡质量0.1～0.2倍的无机锂盐，搅拌混合后，得聚乙烯蜡混合物；
（2）将海泡石与四氯化铝锂按质量比1：2～1：1混合，并加入海泡石质量2～5倍的水，搅拌混合后，过滤，干燥，得预处理海泡石；
（3）将预处理海泡石与聚乙烯蜡混合物按质量比1：2～1：4混合，冷冻粉碎，过筛，得改性海泡石；
（4）将 N'-十六烷基-N,N-二甲基乙基脒与二甲基亚砜按质量比1：2～1：5混合，并加入N'-十六烷基-N,N-二甲基乙基脒质量0.3～0.4倍的聚烯丙胺，搅拌混合后，得添加剂；
（5）按重量份数计，依次称取20～25份碳酸乙烯酯，20～23份二甲基碳酸酯，20～25份二乙基碳酸酯，15～18份六氟磷酸锂，8～12份改性海泡石，5～10份添加剂，2～4份分散剂和4～6份有机硼酸锂盐，先将碳酸乙烯酯，二甲基碳酸酯和二乙基碳酸酯混合，并加入六氟磷酸锂，搅拌混合后，得坯料，将坯料与改性海泡石混合，并依次加入添加剂，有机硼酸锂盐和分散剂，搅拌混合后，即得锂电池电解液。
步骤（1）所述无机锂盐为四氟硼酸锂或六氟磷酸锂中任意一种。
步骤（2）所述海泡石粒径为1～3mm。
步骤（5）所述分散剂为分散剂MF，分散剂NNO或分散剂5040中任意一种。
步骤（5）所述有机硼酸锂盐为芳基硼酸锂盐或烷基硼酸锂盐中任意一种。
本发明的有益效果是：
（1）本发明在制备锂电池电解液时加入改性海泡石，一方面，改性海泡石外层包覆了一层聚乙烯蜡混合物，在常温和低温状态下，聚乙烯蜡可使锂电池电解液体系中各物质均匀分布于体系中，从而使产品的稳定性提高，并且，聚乙烯蜡混合物中含有无机锂盐，在加入体系中后，表面锂盐可电离出锂离子，从而使产品充放电电流提高，另一方面，海泡石中的四氯化铝锂可在高温状态下溶解于混合聚乙烯蜡中的硫酰氯中，从而产生锂离子和二氧化硫，产生的锂离子可进一步增加产品的充放电流，而产生的二氧化硫可在电极表面形成钝化膜，从而使产品的热稳定性进一步提高；
（2）本发明在制备锂电池电解液时加入添加剂，首先，添加剂中的聚烯丙胺可在低温状态下吸收空气中的二氧化碳，在锂电池电解液体系中形成交联网络，从而使体系中各组分均匀分布，进而使产品的低温稳定性提高，其次，添加剂中的N'-十六烷基-N,N-二甲基乙基脒可在体系受热时，吸收聚烯丙胺释放的二氧化碳，从而提高自身电导率，进而使产品在高温状态下电导率提高，使产品在高温状态下保持较好的稳定性。
具体实施方式
将聚乙烯蜡与硫酰氯按质量比2：1～1：1混合于烧瓶中，并向烧瓶中加入聚乙烯蜡质量0.1～0.2倍的无机锂盐，将烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为100～120℃，转速为200～240r/min的条件下，搅拌混合30～45min后，得聚乙烯蜡混合物；将海泡石与四氯化铝锂按质量比1：2～1：1混合，并向海泡石与四氯化铝锂的混合物中加入海泡石质量2～5倍的水，于温度为40～55℃，转速为320～350r/min的条件下，搅拌混合45～80min后，过滤，得滤饼，将滤饼移入干燥箱，于温度为60～80℃的条件下，恒温干燥20～30min后，得预处理海泡石；将预处理海泡石与聚乙烯蜡混合物按质量比1：2～1：4混合，于温度为100～120℃，转速为150～220r/min的条件下，搅拌混合25～35min后，得混合物，将混合物冷冻粉碎，过120～240目筛，得改性海泡石；将N'-十六烷基-N,N-二甲基乙基脒与二甲基亚砜按质量比1：2～1：5混合，并向N'-十六烷基-N,N-二甲基乙基脒与二甲基亚砜的混合物中加入N'-十六烷基-N,N-二甲基乙基脒质量0.3～0.4倍的聚烯丙胺，于温度为35～45℃，转速为250～320r/min的条件下，搅拌混合60～80min后，得添加剂；按重量份数计，依次称取20～25份碳酸乙烯酯，20～23份二甲基碳酸酯，20～25份二乙基碳酸酯，15～18份六氟磷酸锂，8～12份改性海泡石，5～10份添加剂，2～4份分散剂和4～6份有机硼酸锂盐，先将碳酸乙烯酯，二甲基碳酸酯和二乙基碳酸酯混合于搅拌机中，并向搅拌机中加入六氟磷酸锂，于温度为30～45℃，转速为250～350r/min的条件下，搅拌混合20～35min后，得坯料，将坯料与改性海泡石混合，并向坯料与改性海泡石的混合物中依次加入添加剂，有机硼酸锂盐和分散剂，于温度为55～65℃，转速为250～300r/min的条件下，搅拌混合20～30min后，即得锂电池电解液。所述无机锂盐为四氟硼酸锂或六氟磷酸锂中任意一种。所述海泡石粒径为1～3mm。所述分散剂为分散剂MF，分散剂NNO或分散剂5040中任意一种。所述有机硼酸锂盐为芳基硼酸锂盐或烷基硼酸锂盐中任意一种。
实例1
将聚乙烯蜡与硫酰氯按质量比1：1混合于烧瓶中，并向烧瓶中加入聚乙烯蜡质量0.2倍的无机锂盐，将烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为120℃，转速为240r/min的条件下，搅拌混合45min后，得聚乙烯蜡混合物；将海泡石与四氯化铝锂按质量比1：1混合，并向海泡石与四氯化铝锂的混合物中加入海泡石质量5倍的水，于温度为55℃，转速为350r/min的条件下，搅拌混合80min后，过滤，得滤饼，将滤饼移入干燥箱，于温度为80℃的条件下，恒温干燥30min后，得预处理海泡石；将预处理海泡石与聚乙烯蜡混合物按质量比1：4混合，于温度为120℃，转速为220r/min的条件下，搅拌混合35min后，得混合物，将混合物冷冻粉碎，过240目筛，得改性海泡石；将N'-十六烷基-N,N-二甲基乙基脒与二甲基亚砜按质量比1：5混合，并向N'-十六烷基-N,N-二甲基乙基脒与二甲基亚砜的混合物中加入N'-十六烷基-N,N-二甲基乙基脒质量0.4倍的聚烯丙胺，于温度为45℃，转速为320r/min的条件下，搅拌混合80min后，得添加剂；按重量份数计，依次称取25份碳酸乙烯酯，23份二甲基碳酸酯，25份二乙基碳酸酯，18份六氟磷酸锂，12份改性海泡石，10份添加剂，4份分散剂和6份有机硼酸锂盐，先将碳酸乙烯酯，二甲基碳酸酯和二乙基碳酸酯混合于搅拌机中，并向搅拌机中加入六氟磷酸锂，于温度为45℃，转速为350r/min的条件下，搅拌混合35min后，得坯料，将坯料与改性海泡石混合，并向坯料与改性海泡石的混合物中依次加入添加剂，有机硼酸锂盐和分散剂，于温度为65℃，转速为300r/min的条件下，搅拌混合30min后，即得锂电池电解液。所述无机锂盐为四氟硼酸锂。所述海泡石粒径为3mm。所述分散剂为分散剂MF。所述有机硼酸锂盐为芳基硼酸锂盐。
实例2
将海泡石与四氯化铝锂按质量比1：1混合，并向海泡石与四氯化铝锂的混合物中加入海泡石质量5倍的水，于温度为55℃，转速为350r/min的条件下，搅拌混合80min后，过滤，得滤饼，将滤饼移入干燥箱，于温度为80℃的条件下，恒温干燥30min后，得预处理海泡石；将N'-十六烷基-N,N-二甲基乙基脒与二甲基亚砜按质量比1：5混合，并向N'-十六烷基-N,N-二甲基乙基脒与二甲基亚砜的混合物中加入N'-十六烷基-N,N-二甲基乙基脒质量0.4倍的聚烯丙胺，于温度为45℃，转速为320r/min的条件下，搅拌混合80min后，得添加剂；按重量份数计，依次称取25份碳酸乙烯酯，23份二甲基碳酸酯，25份二乙基碳酸酯，18份六氟磷酸锂，12份预处理海泡石，10份添加剂，4份分散剂和6份有机硼酸锂盐，先将碳酸乙烯酯，二甲基碳酸酯和二乙基碳酸酯混合于搅拌机中，并向搅拌机中加入六氟磷酸锂，于温度为45℃，转速为350r/min的条件下，搅拌混合35min后，得坯料，将坯料与预处理海泡石混合，并向坯料与预处理海泡石的混合物中依次加入添加剂，有机硼酸锂盐和分散剂，于温度为65℃，转速为300r/min的条件下，搅拌混合30min后，即得锂电池电解液。所述无机锂盐为四氟硼酸锂。所述海泡石粒径为3mm。所述分散剂为分散剂MF。所述有机硼酸锂盐为芳基硼酸锂盐。
实例3
将聚乙烯蜡与硫酰氯按质量比1：1混合于烧瓶中，并向烧瓶中加入聚乙烯蜡质量0.2倍的无机锂盐，将烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为120℃，转速为240r/min的条件下，搅拌混合45min后，得聚乙烯蜡混合物；将海泡石与四氯化铝锂按质量比1：1混合，并向海泡石与四氯化铝锂的混合物中加入海泡石质量5倍的水，于温度为55℃，转速为350r/min的条件下，搅拌混合80min后，过滤，得滤饼，将滤饼移入干燥箱，于温度为80℃的条件下，恒温干燥30min后，得预处理海泡石；将预处理海泡石与聚乙烯蜡混合物按质量比1：4混合，于温度为120℃，转速为220r/min的条件下，搅拌混合35min后，得混合物，将混合物冷冻粉碎，过240目筛，得改性海泡石；向二甲基亚砜中加入二甲基亚砜质量0.1倍的聚烯丙胺，于温度为45℃，转速为320r/min的条件下，搅拌混合80min后，得添加剂；按重量份数计，依次称取25份碳酸乙烯酯，23份二甲基碳酸酯，25份二乙基碳酸酯，18份六氟磷酸锂，12份改性海泡石，10份添加剂，4份分散剂和6份有机硼酸锂盐，先将碳酸乙烯酯，二甲基碳酸酯和二乙基碳酸酯混合于搅拌机中，并向搅拌机中加入六氟磷酸锂，于温度为45℃，转速为350r/min的条件下，搅拌混合35min后，得坯料，将坯料与改性海泡石混合，并向坯料与改性海泡石的混合物中依次加入添加剂，有机硼酸锂盐和分散剂，于温度为65℃，转速为300r/min的条件下，搅拌混合30min后，即得锂电池电解液。所述无机锂盐为四氟硼酸锂。所述海泡石粒径为3mm。所述分散剂为分散剂MF。所述有机硼酸锂盐为芳基硼酸锂盐。
实例4
将聚乙烯蜡与硫酰氯按质量比1：1混合于烧瓶中，并向烧瓶中加入聚乙烯蜡质量0.2倍的无机锂盐，将烧瓶移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为120℃，转速为240r/min的条件下，搅拌混合45min后，得聚乙烯蜡混合物；将海泡石与四氯化铝锂按质量比1：1混合，并向海泡石与四氯化铝锂的混合物中加入海泡石质量5倍的水，于温度为55℃，转速为350r/min的条件下，搅拌混合80min后，过滤，得滤饼，将滤饼移入干燥箱，于温度为80℃的条件下，恒温干燥30min后，得预处理海泡石；将预处理海泡石与聚乙烯蜡混合物按质量比1：4混合，于温度为120℃，转速为220r/min的条件下，搅拌混合35min后，得混合物，将混合物冷冻粉碎，过240目筛，得改性海泡石；将N'-十六烷基-N,N-二甲基乙基脒与二甲基亚砜按质量比1：5混合，于温度为45℃，转速为320r/min的条件下，搅拌混合80min后，得添加剂；按重量份数计，依次称取25份碳酸乙烯酯，23份二甲基碳酸酯，25份二乙基碳酸酯，18份六氟磷酸锂，12份改性海泡石，10份添加剂，4份分散剂和6份有机硼酸锂盐，先将碳酸乙烯酯，二甲基碳酸酯和二乙基碳酸酯混合于搅拌机中，并向搅拌机中加入六氟磷酸锂，于温度为45℃，转速为350r/min的条件下，搅拌混合35min后，得坯料，将坯料与改性海泡石混合，并向坯料与改性海泡石的混合物中依次加入添加剂，有机硼酸锂盐和分散剂，于温度为65℃，转速为300r/min的条件下，搅拌混合30min后，即得锂电池电解液。所述无机锂盐为四氟硼酸锂。所述海泡石粒径为3mm。所述分散剂为分散剂MF。所述有机硼酸锂盐为芳基硼酸锂盐。
对比例：深圳某科技有限公司生产的锂电池电解液。
将实例1至4所得电解液和对比例产品进行性能检测，具体检测方法如下：
锂电池电解液热失控反应研究使用ARSST反应测试系统，升温速率都为2℃/min，实验样品的体积为8mL。
具体检测结果如表1所示：
表1
检测内容 实例1 实例2 实例3 实例4 对比例
压力突然上升时间/min 90 70 65 70 40
发生热失控温度/℃ 190 165 170 175 150
由表1检测结果可知，本发明所得锂电池电解液热稳定性得到了有效提高。

Claims (5)

1.一种锂电池电解液的制备方法，其特征在于具体制备方法为：
（1）将聚乙烯蜡与硫酰氯按质量比2：1～1：1混合，并加入聚乙烯蜡质量0.1～0.2倍的无机锂盐，搅拌混合后，得聚乙烯蜡混合物；
（2）将海泡石与四氯化铝锂按质量比1：2～1：1混合，并加入海泡石质量2～5倍的水，搅拌混合后，过滤，干燥，得预处理海泡石；
（3）将预处理海泡石与聚乙烯蜡混合物按质量比1：2～1：4混合，冷冻粉碎，过筛，得改性海泡石；
（4）将 N'-十六烷基-N,N-二甲基乙基脒与二甲基亚砜按质量比1：2～1：5混合，并加入N'-十六烷基-N,N-二甲基乙基脒质量0.3～0.4倍的聚烯丙胺，搅拌混合后，得添加剂；
（5）按重量份数计，依次称取20～25份碳酸乙烯酯，20～23份二甲基碳酸酯，20～25份二乙基碳酸酯，15～18份六氟磷酸锂，8～12份改性海泡石，5～10份添加剂，2～4份分散剂和4～6份有机硼酸锂盐，先将碳酸乙烯酯，二甲基碳酸酯和二乙基碳酸酯混合，并加入六氟磷酸锂，搅拌混合后，得坯料，将坯料与改性海泡石混合，并依次加入添加剂，有机硼酸锂盐和分散剂，搅拌混合后，即得锂电池电解液。
2.根据权利要求1所述的一种锂电池电解液的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述无机锂盐为四氟硼酸锂或六氟磷酸锂中任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种锂电池电解液的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述海泡石粒径为1～3mm。
4.根据权利要求1所述的一种锂电池电解液的制备方法，其特征在于：步骤（5）所述分散剂为分散剂MF，分散剂NNO或分散剂5040中任意一种。
5.根据权利要求1所述的一种锂电池电解液的制备方法，其特征在于：步骤（5）所述有机硼酸锂盐为芳基硼酸锂盐或烷基硼酸锂盐中任意一种。
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