CN109671979A - 用于锂电池电解液的添加剂 - Google Patents

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杨志远
王聪
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Abstract

本发明涉及锂电池制备技术领域，尤其涉及一种用于锂电池电解液的添加剂。本发明所设计的用于锂电池电解液的添加剂，所述添加剂为四氟铝酸锂，所述四氟铝酸锂的制备过程为，首先将液态氟化氢、氟化锂和氟化铝在反应釜中混合均匀，然后蒸馏回收氟化氢，蒸馏后得到四氟铝酸锂粗品，最后将四氟铝酸锂晶体依次通过有机溶剂溶解，过滤，重结晶工序进行提纯得到四氟铝酸锂。与现有锂电池电解液相比，本发明采用四氟铝酸锂作为电解液的添加剂，能明显提高锂电池的循环性能，而且采用本发明制得的四氟铝酸锂纯度高。

Description

用于锂电池电解液的添加剂
技术领域
本发明涉及锂电池制备技术领域，尤其涉及一种用于锂电池电解液的添加剂。
背景技术
近年来，锂离子电池作为新能源汽车的主动力来源，其性能直接决定新能源汽车的性能，所以发展高能量密度、长循环寿命的锂离子电池是锂电池行业的重要研发方向。正极材料、负极材料电解质材料和隔膜材料是锂离子电池四大关键材料，常见的电解质材料主要有LiPF6、LiDOFB、LiFSI、LiBOB、LiPO2F2等，通过碳酸酯类溶剂溶解这些电解质配制成非水性电解液，其中LiPF6是目前应用最广泛的一种电解液，其他电解液由于溶解性、电导率、价格问题可作为添加剂使用。而且最近研究表明向电解液中加入少量的添加剂能够提升电池的低温性能、高温性能、循环性能、倍率性能等，如文献“Aegis of Lithium-RichCathode Materials via Heterostructured LiAlF4 Coating for High-PerformanceLithium-Ion Batteries》ACS Applied Materials&Interfaces DOI∶10.1021/acsami.8b11471”，表明四氟铝酸锂能够在锂离子电池正极表面形成稳定致密的CEI膜。该膜具有良好的弹性和热稳定性，少量加入与LiPF6共作用，能够抑制正极主材中过渡金属的溶出，保护正极微观结构，显著提升电池的循环寿命。
因此，目前亟需制备一种用于提升电池的循环寿命的电解液添加剂。
发明内容
为解决以上问题，本发明的目的是提供一种用于锂电池电解液的添加剂，添加剂为四氟铝酸锂，能明显提高电池的循环性能。
为实现上述目的，本发明所设计的用于锂电池电解液的添加剂，所述添加剂为四氟铝酸锂，所述四氟铝酸锂的制备过程为，首先将液态氟化氢、氟化锂和氟化铝在反应釜中混合均匀，然后蒸馏回收氟化氢，蒸馏后得到四氟铝酸锂粗品，最后将四氟铝酸锂晶体依次通过有机溶剂溶解，过滤，重结晶工序进行提纯得到四氟铝酸锂。
作为优选方案，所述氟化氢、氟化锂和氟化铝的摩尔比为20～100:1:1。
作为优选方案，所述四氟铝酸锂粗品的制备过程具体为，首先向反应釜中加入氟化锂，然后向反应釜中加入-160℃～-90℃的液体无水氟化氢，搅拌均匀后在惰性气体的保护下缓慢向反应釜中加入氟化铝，在1～1.5小时加完氟化铝后搅拌均匀，最后将反应釜的温度升至-80℃～-50℃蒸馏回收氟化氢，蒸馏完成后得到四氟铝酸锂粗品。
作为优选方案，所述有机溶剂为碳酸二甲酯或碳酸甲乙酯。
作为优选方案，所述反应釜的的材质为聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)中的一种。
作为优选方案，所述惰性气体为氮气或氩气。
本发明的优点在于：与现有锂电池电解液相比，本发明采用四氟铝酸锂作为电解液的添加剂，能明显提高锂电池的循环性能，而且采用本发明制得的四氟铝酸锂纯度高。
附图说明
图1为采用实施例1的锂电池电解液制得的锂电池的0.5C循环试验测试曲线图。
具体实施方式
为更好地理解本发明，以下将结合附图和具体实例对发明进行详细的说明。
为解决现有锂电池的循环性能较差的问题，本发明提供一种用于锂电池电解液的添加剂。具体地说，电解液添加剂为四氟铝酸锂，四氟铝酸锂的制备方法为首先将液态氟化氢、氟化锂和氟化铝在反应釜中混合均匀，然后蒸馏回收氟化氢，蒸馏后得到四氟铝酸锂粗品最后将四氟铝酸锂晶体依次通过溶解，过滤，重结晶工序进行提纯得到四氟铝酸锂。以下将通过具体的实施例来对本发明的用于锂电池电解液的添加剂的优选方式进行详细地说明。
实施例1
四氟铝酸锂的制备方法，包括步骤：
(1)制备四氟铝酸锂粗品：
首先向聚四氟乙烯材质的反应釜中加入259.4Kg氟化锂，然后向反应釜中加入-120℃的液体无水氟化氢1000Kg，开启反应釜的液氮冷却功能，开启搅拌，搅拌4小时，向反应釜中充入氮气，然后缓慢向反应釜中加入839.8Kg氟化铝，控制加入速度，在1小时加完氟化铝，加完氟化铝后在-120℃持续搅拌6小时，最后将反应釜的温度升至-60℃蒸馏回收氟化氢，蒸馏完成后得到四氟铝酸锂粗品。
(2)提纯处理：
利用碳酸二甲酯溶解四氟铝酸锂粗品，然后依次采用过滤和重结晶一体化设备得到提纯后得到四氟铝酸锂。
制备得到的四氟铝酸锂的纯度为99.98％，杂质少，水分、游离酸可以控制在20ppm以内，且无其他金属离子引入。
配制锂电池电解液，包括95％的LiPF6电解液和5％实施例1制得的四氟铝酸锂，LiPF6电解液为常规的锂电池电解液，通过碳酸酯类溶剂溶解LiPF6而制得。
进行锂电池循环性能测试实验，具体过程为，采用523镍钴锰酸锂作为正极，人造石墨作为负极，本实施例得到的锂电池电解液作为锂电池的电解液制成型号为404765的叠片式软包电池，电池标称容量为1500mAh，对电池进行电性能测试，试验电池循环曲线图如附图1，由图1可以看出，室温下0.5C循环能达到2300次容量保持率80％以上，证明该电池的循环性能较好。
实施例2
四氟铝酸锂的制备方法，包括步骤：
(1)制备四氟铝酸锂粗品：
首先向聚四氟乙烯材质的反应釜中加入259.4Kg氟化锂，然后向反应釜中加入-160℃的液体无水氟化氢400Kg，开启反应釜的液氮冷却功能，开启搅拌，搅拌4小时，向反应釜中充入氩气，然后缓慢向反应釜中加入839.8Kg氟化铝，控制加入速度，在1.5小时加完氟化铝，加完氟化铝后在-160℃持续搅拌6小时，最后将反应釜的温度升至-50℃蒸馏回收氟化氢，蒸馏完成后得到四氟铝酸锂粗品。
(2)提纯处理：
利用碳酸甲乙酯溶解四氟铝酸锂粗品，然后依次采用过滤和重结晶一体化设备得到提纯后得到四氟铝酸锂。
配制锂电池电解液，包括96％的LiPF6电解液和4％实施例1制得的四氟铝酸锂，LiPF6电解液为常规的锂电池电解液，通过碳酸酯类溶剂溶解LiPF6而制得。
实施例3
四氟铝酸锂的制备方法，包括步骤：
(1)制备四氟铝酸锂粗品：
首先向聚四氟乙烯材质的反应釜中加入259.4Kg氟化锂，然后向反应釜中加入-90℃的液体无水氟化氢2000Kg，开启反应釜的液氮冷却功能，开启搅拌，搅拌3小时，向反应釜中充入氩气，然后缓慢向反应釜中加入839.8Kg氟化铝，控制加入速度，在1.2小时加完氟化铝，加完氟化铝后在-90℃持续搅拌8小时，最后将反应釜的温度升至-80℃蒸馏回收氟化氢，蒸馏完成后得到四氟铝酸锂粗品。
(2)提纯处理：
利用碳酸甲乙酯溶解四氟铝酸锂粗品，然后依次采用过滤和重结晶一体化设备得到提纯后得到四氟铝酸锂。
配制锂电池电解液，包括95.5％的LiPF6电解液和4.5％实施例1制得的四氟铝酸锂，LiPF6电解液为常规的锂电池电解液，通过碳酸酯类溶剂溶解LiPF6而制得。
实施例4
四氟铝酸锂的制备方法，包括步骤：
(1)制备四氟铝酸锂粗品：
首先向聚四氟乙烯材质的反应釜中加入259.4Kg氟化锂，然后向反应釜中加入-130℃的液体无水氟化氢1200Kg，开启反应釜的液氮冷却功能，开启搅拌，搅拌3.5小时，向反应釜中充入氩气，然后缓慢向反应釜中加入839.8Kg氟化铝，控制加入速度，在1.5小时加完氟化铝，加完氟化铝后在-130℃持续搅拌7小时，最后将反应釜的温度升至-70℃蒸馏回收氟化氢，蒸馏完成后得到四氟铝酸锂粗品。
(2)提纯处理：
利用碳酸甲乙酯溶解四氟铝酸锂粗品，然后依次采用过滤和重结晶一体化设备得到提纯后得到四氟铝酸锂。
配制锂电池电解液，包括95.8％的LiPF6电解液和4.2％实施例1制得的四氟铝酸锂，LiPF6电解液为常规的锂电池电解液，通过碳酸酯类溶剂溶解LiPF6而制得。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种用于锂电池电解液的添加剂，其特征在于，所述添加剂为四氟铝酸锂，所述四氟铝酸锂的制备过程为，首先将液态氟化氢、氟化锂和氟化铝在反应釜中混合均匀，然后蒸馏回收氟化氢，蒸馏后得到四氟铝酸锂粗品；最后将四氟铝酸锂晶体依次通过有机溶剂溶解，过滤，重结晶工序进行提纯得到四氟铝酸锂。
2.根据权利要求1所述的用于锂电池电解液的添加剂，其特征在于，所述氟化氢、氟化锂和氟化铝的摩尔比为20～100:1:1。
3.根据权利要求1或2所述的用于锂电池电解液的添加剂，其特征在于，所述四氟铝酸锂粗品的制备过程具体为，首先向反应釜中加入氟化锂，然后向反应釜中加入-160℃～-90℃的液体无水氟化氢，搅拌均匀后在惰性气体的保护下缓慢向反应釜中加入氟化铝，在1～1.5小时加完氟化铝后搅拌均匀，最后将反应釜的温度升至-80℃～-50℃蒸馏回收氟化氢，蒸馏完成后得到四氟铝酸锂粗品。
4.根据权利要求1所述的用于锂电池电解液的添加剂，其特征在于，所述有机溶剂为碳酸二甲酯或碳酸甲乙酯。
5.根据权利要求1所述的用于锂电池电解液的添加剂，其特征在于，所述反应釜的的材质为聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯中的一种。
6.根据权利要求3所述的用于锂电池电解液的添加剂，其特征在于，所述惰性气体为氮气或氩气。
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