CN114552003A - 一种提高电解液加装性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种提高电解液加装性能的方法，将炭粉、聚偏氟乙烯和N‑甲基吡咯烷酮的浆料均匀涂覆在聚丙烯隔膜上并形成涂层，同时在电池电解液中添加1,1,2,2四氟乙基‑2,2,3,3四氟丙基醚。本发明的技术方案增强电池电解液在电池隔膜的浸润性，加快电解液在电池中的加装速度，提高生产效率。

Description

一种提高电解液加装性能的方法
技术领域
本发明涉及电化学技术领域，更加具体地说，特别涉及到提升电池电解液加装性能中的方法。
背景技术
电解质是电池的重要组成部分，在电池正负极之间起着输送和传导电流的作用。电解质的选择在很大程度上决定着电池的工作机能，比如电池的比能量，安全性，循环性能，倍率充放电，储存性能等。由此可见，电解质体系的优化与革新也是电池发展的主要研究内容。目前，高能量密度电池使用的电解液主要为有机电解液，但有机电解液表面张力较大。在电池装配注液时，一般采用灌注装置(如漏斗)将电解液置于电池注入口的方式，利用电池在流水线上其他工序的时间任由电解液自行进入电池以实现进行灌注，但由于电解液不易渗透，注液速度慢，影响生产。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种提高电解液加装性能的方法，通过对电池隔膜材料的表面进行涂覆其他材料处理，同时在有机电解液中添加适宜化合物，可有效降低有机电解液表面张力，增强有机电解液在电池隔膜的浸润性，加快有机电解液在电池中的加装速度。
本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现。
一种提高电解液加装性能的方法，包括：
在电池电解液中添加电解液添加剂，电解液添加剂为1,1,2,2四氟乙基-2,2,3,3四氟丙基醚；
在聚丙烯隔膜上进行炭粉、聚偏氟乙烯和N-甲基吡咯烷酮的涂层设置，炭粉和聚偏氟乙烯的质量比为(8—10)：1，N-甲基吡咯烷酮为溶剂。
而且，电池电解液为每升含有1摩尔六氟磷酸锂的碳酸丙烯酯和碳酸二甲酯的混合溶液。
而且，碳酸丙烯酯和碳酸二甲酯体积比为1：1。
而且，在电池电解液中，1,1,2,2四氟乙基-2,2,3,3四氟丙基醚添加量为电池电解液体积的0.1—1.0％，优选0.5—1.0％。
而且，炭粉和聚偏氟乙烯的质量比为(9—10)：1。
而且，将炭粉(即碳粉)、聚偏氟乙烯均匀分散在N-甲基吡咯烷酮中形成浆料，再将浆料均匀涂覆在聚丙烯隔膜上，在40—50℃真空烘箱内干燥20—24h，以在聚丙烯隔膜上得到涂碳层，其厚度为5-15微米。
在本发明的技术方案“一种提高电解液加装性能的方法”中，将炭粉、聚偏氟乙烯和N-甲基吡咯烷酮的浆料均匀涂覆在聚丙烯隔膜上并形成涂层，同时在电池电解液中添加1,1,2,2四氟乙基-2,2,3,3四氟丙基醚。本发明的技术方案增强电池电解液在电池隔膜的浸润性，加快电解液在电池中的加装速度，提高生产效率，同时电解液基本性能予以保留，这意味着电解液不需要后续的除杂，直接就可以予以使用，方便快捷。
附图说明
图1是本发明中聚丙烯隔膜表面的扫描电子显微镜照片。
图2是未添加1,1,2,2四氟乙基-2,2,3,3四氟丙基醚的电解液在隔膜表面接触角测试图。
图3是添加0.1％的1,1,2,2四氟乙基-2,2,3,3四氟丙基醚的电解液在隔膜表面接触角测试图。
图4是添加0.5％的1,1,2,2四氟乙基-2,2,3,3四氟丙基醚的电解液在隔膜表面接触角测试图。
图5是添加1.0％的1,1,2,2四氟乙基-2,2,3,3四氟丙基醚的电解液在隔膜表面接触角测试图。
图6是添加不同添加量1,1,2,2四氟乙基-2,2,3,3四氟丙基醚的电解液的循环伏安曲线图。
图7是添加不同添加量1,1,2,2四氟乙基-2,2,3,3四氟丙基醚的电解液交流阻抗曲线图。
图8是本发明中涂覆碳之后聚丙烯隔膜表面的扫描电子显微镜照片。
图9是本发明中涂覆碳之后聚丙烯隔膜断面的扫描电子显微镜照片。
图10是未添加1,1,2,2四氟乙基-2,2,3,3四氟丙基醚的电解液在涂有三氧化二铝的聚丙烯隔膜上表面接触角测试图。
图11是未添加1,1,2,2四氟乙基-2,2,3,3四氟丙基醚的电解液在涂碳的聚丙烯隔膜上表面接触角测试图。
图12是添加1.0％的1,1,2,2四氟乙基-2,2,3,3四氟丙基醚的电解液在涂碳的聚丙烯隔膜上表面接触角测试图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。针对本发明提出的现有技术存在的问题，本课题组之前一直采用在电解液中添加其他物质来改善电解液的表面张力，并申请了中国发明专利“一种电解液添加剂在提升电池电解液加装性能中的应用”(申请号为2020113249751，申请日为2020年11月23日)。在这些前期研究基础之上(即全文引用上述中国发明专利)，课题组继续将技术改进点放在电池隔膜上(即聚丙烯隔膜)，通过对聚丙烯隔膜的改进，改善电解液的浸润性能，同时与添加剂使用相互配合，更好地改善电解液性能。聚偏氟乙烯(数均)分子量为一百万。
实施例1：
在电池电解液为每升含有1摩尔六氟磷酸锂的碳酸丙烯酯和碳酸二甲酯混合溶液(其中碳酸丙烯酯和碳酸二甲酯体积比为1：1)中不添加1,1,2,2四氟乙基-2,2,3,3四氟丙基醚。在聚丙烯电池隔膜表面上测得电解液的接触角为47.9度。
实施例2：
在电池电解液为每升含有1摩尔六氟磷酸锂的碳酸丙烯酯和碳酸二甲酯混合溶液(其中碳酸丙烯酯和碳酸二甲酯体积比为1：1)中添加0.1％体积比的1,1,2,2四氟乙基-2,2,3,3四氟丙基醚。在聚丙烯电池隔膜表面上测得电解液的接触角为41.5度。
实施例3：
在电池电解液为每升含有1摩尔六氟磷酸锂的碳酸丙烯酯和碳酸二甲酯混合溶液(其中碳酸丙烯酯和碳酸二甲酯体积比为1：1)中添加0.5％体积比的1,1,2,2四氟乙基-2,2,3,3四氟丙基醚。在聚丙烯电池隔膜表面上测得电解液的接触角为36.2度。
实施例4：
在电池电解液为每升含有1摩尔六氟磷酸锂的碳酸丙烯酯和碳酸二甲酯混合溶液(其中碳酸丙烯酯和碳酸二甲酯体积比为1：1)中添加1.0％体积比的1,1,2,2四氟乙基-2,2,3,3四氟丙基醚。在聚丙烯电池隔膜表面上测得电解液的接触角为32.6度。
1.使用场发射扫描电子显微镜对聚丙烯隔膜进行表征，其表面形貌如图1所示。
2.采用接触角测量仪测试了未添加和不同添加量1,1,2,2四氟乙基-2,2,3,3四氟丙基醚电解液在聚丙烯隔膜表面接触角，如图2-5所示。
3.采用电化学工作站，按照循环伏安曲线方法，测试了添加不同添加量1,1,2,2四氟乙基-2,2,3,3四氟丙基醚电解液的电化学窗口，见图6所示，均为5.0V。
4.采用电化学工作站，按照交流阻抗方法，测试了添加1,1,2,2四氟乙基-2,2,3,3四氟丙基醚电解液的阻抗和电导率，分别见图7和表1。
表1添加不同量的1,1,2,2四氟乙基-2,2,3,3四氟丙基醚电解液电导率
Figure BDA0002796867120000041
实施例5：
将炭粉和聚偏氟乙烯按照质量比9：1加入到研钵中，并加入N-甲基吡咯烷酮研磨，形成浆料；将浆料均匀涂覆在聚丙烯隔膜上，在40℃真空烘箱内干燥24h，涂碳层厚度为5微米，在此隔膜表面上测得电解液(每升含有1摩尔六氟磷酸锂的碳酸丙烯酯和碳酸二甲酯混合溶液，碳酸丙烯酯和碳酸二甲酯体积比为1：1)的接触角为25.2度。
实施例6：
将炭粉和聚偏氟乙烯按照质量比9:1加入到研钵中，并加入N-甲基吡咯烷酮研磨，形成浆料；将浆料均匀涂覆在聚丙烯隔膜上，在40℃真空烘箱内干燥24h，涂碳层厚度为10微米，在此隔膜表面上测得电解液(每升含有1摩尔六氟磷酸锂的碳酸丙烯酯和碳酸二甲酯混合溶液，碳酸丙烯酯和碳酸二甲酯体积比为1：1)的接触角为23.8度。
实施例7：
将炭粉和聚偏氟乙烯按照质量比9:1加入到研钵中，并加入N-甲基吡咯烷酮研磨，形成浆料；将浆料均匀涂覆在聚丙烯隔膜上，在40℃真空烘箱内干燥24h，涂碳层厚度为15微米，在此隔膜表面上测得电解液(每升含有1摩尔六氟磷酸锂的碳酸丙烯酯和碳酸二甲酯混合溶液，碳酸丙烯酯和碳酸二甲酯体积比为1：1)的接触角为30.4度。
实施例8：
使用商用的涂有三氧化二铝的聚丙烯隔膜进行对比，在此隔膜表面上测得电解液(每升含有1摩尔六氟磷酸锂的碳酸丙烯酯和碳酸二甲酯混合溶液，碳酸丙烯酯和碳酸二甲酯体积比为1：1)的接触角为32.1度。
涂碳的聚丙烯隔膜表面和断面形貌如附图8和9所示。由上述实施例5—8和附图10、11可知，与商用涂有三氧化二铝的聚丙烯隔膜相比，采用本发明中涂碳修饰的聚丙烯隔膜具有更好的电解液浸润性能。
实施例9：
将炭粉和聚偏氟乙烯按照质量比9:1加入到研钵中，并加入N-甲基吡咯烷酮研磨，形成浆料；将浆料均匀涂覆在聚丙烯隔膜上，在40℃真空烘箱内干燥24h，得到涂碳层厚度为10微米的聚丙烯隔膜，作为电池隔膜；同时在电池电解液为每升含有1摩尔六氟磷酸锂的碳酸丙烯酯和碳酸二甲酯混合溶液(其中碳酸丙烯酯和碳酸二甲酯体积比为1：1)中添加1.0％体积比的1,1,2,2四氟乙基-2,2,3,3四氟丙基醚，以此为电解液。在此隔膜表面上测得电解液的接触角为10.1度，如附图12所示。
依照上述实施例可知，涂碳聚丙烯隔膜和添加1,1,2,2四氟乙基-2,2,3,3四氟丙基醚均可实现电解液和隔膜的浸润性能增加，两种方法相互结合可以更好地实现电解液和隔膜浸润性能的提升。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种提高电解液加装性能的方法，其特征在于，包括：在聚丙烯隔膜上进行炭粉、聚偏氟乙烯和N-甲基吡咯烷酮的涂层设置，炭粉和聚偏氟乙烯的质量比为(8—10)：1，N-甲基吡咯烷酮为溶剂。
2.根据权利要求1所述的一种提高电解液加装性能的方法，其特征在于，炭粉和聚偏氟乙烯的质量比为(9—10)：1。
3.根据权利要求1或者2所述的一种提高电解液加装性能的方法，其特征在于，涂层厚度为5-15微米。
4.根据权利要求1或者2所述的一种提高电解液加装性能的方法，其特征在于，聚偏氟乙烯的分子量为一百万。
5.一种提高电解液加装性能的方法，其特征在于，包括：
在电池电解液中添加电解液添加剂，电解液添加剂为1,1,2,2四氟乙基-2,2,3,3四氟丙基醚，电池电解液为每升含有1摩尔六氟磷酸锂的碳酸丙烯酯和碳酸二甲酯的混合溶液，1,1,2,2四氟乙基-2,2,3,3四氟丙基醚添加量为电池电解液体积的0.1—1.0％；
在聚丙烯隔膜上进行炭粉、聚偏氟乙烯和N-甲基吡咯烷酮的涂层设置，炭粉和聚偏氟乙烯的质量比为(8—10)：1，N-甲基吡咯烷酮为溶剂。
6.根据权利要求5所述的一种提高电解液加装性能的方法，其特征在于，碳酸丙烯酯和碳酸二甲酯体积比为1：1。
7.根据权利要求5所述的一种提高电解液加装性能的方法，其特征在于，1,1,2,2四氟乙基-2,2,3,3四氟丙基醚添加量为电池电解液体积的0.5—1.0％。
8.根据权利要求5所述的一种提高电解液加装性能的方法，其特征在于，炭粉和聚偏氟乙烯的质量比为(9—10)：1。
9.根据权利要求5所述的一种提高电解液加装性能的方法，其特征在于，涂层厚度为5-15微米。
10.根据权利要求5所述的一种提高电解液加装性能的方法，其特征在于，聚偏氟乙烯的分子量为一百万。
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