CN114824487A - 电解液制备方法、电池制作方法、电解液及电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电解液制备方法，在氩气环境下进行，包括将碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯混合，以得到混合溶剂；向所述混合溶剂中加入锂盐，充分搅拌以得到混合溶液；待所述混合溶液恢复至室温后，向所述混合溶液中加入脂肪脂类溶剂，待所述脂肪脂类溶剂充分溶解后，静置以得到电解液，能够有效降低电解液的黏度，从而提高电池低温性能。本发明还提供了一种电池制备制备方法、电解液和电池。

Description

电解液制备方法、电池制作方法、电解液及电池
技术领域
本发明涉及电池制备技术领域，尤其涉及一种电解液制备方法、电池制作方法、电解液及电池。
背景技术
目磷酸铁锂电池由于其安全性能高,且原材料成本低的优点,成为目前商业化最普及的一种电池,应用前景广阔。但是磷酸铁锂的低温问题和LiCoO2，三元材料和LiMn2O4比较起来更为突出.材料本身的特性Li+在晶格中的迁移速率低,是限制其在低温领域应用的一个因素。而电解液作为电池的“血液”，可通过优化电解液的配方，使得材料和电解液搭配使用，让磷酸铁锂电池整体在低温下具有优秀的性能。电解液对于锂离子电池的低温性能有着十分重要的影响，其电导率、液程温度等因素起决定性作用。因此，寻找一种与磷酸铁锂电池匹配性好的电解液，对于改善磷酸铁锂电池的性能非常有意义。
目前常用的商业化电解液，溶剂组成主要为碳酸乙烯酯(Ethylene carbonate，EC)、碳酸二甲酯(Dimethyl carbonate，DMC)、碳酸甲乙酯(Ethyl Methyl Carbonate，EMC)，锂盐为六氟磷酸锂(LiPF6)。但形成的电解液黏度较高，电池的低温性能较差。
因此，有必要提供一种新型的电解液制备方法、电池制作方法、电解液及电池以解决现有技术中存在的上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电解液制备方法、电池制作方法、电解液及电池，有效降低电解液的黏度，从而提高电池低温性能。
为实现上述目的，本发明的所述电解液制备方法，在氩气环境下进行，包括：
将碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯混合，以得到混合溶剂；
向所述混合溶剂中加入锂盐，充分搅拌以得到混合溶液；
待所述混合溶液恢复至室温后，向所述混合溶液中加入脂肪脂类溶剂，待所述脂肪脂类溶剂充分溶解后，静置以得到电解液。
所述电解液制备方法的有益效果在于：所述混合溶液恢复至室温后，向所述混合溶液中加入脂肪脂类溶剂，能够有效降低电解液的黏度，从而提高电池低温性能。
可选地，所述氩气环境中水分小于10ppm、氧气小于10ppm、湿度小于1％。
可选地，所述将碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯混合，以得到混合溶剂，包括：
将碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯按照25：5：70的体积比进行混合，以得到混合溶剂。
可选地，所述向所述混合溶剂中加入锂盐，充分搅拌以得到混合溶液，包括：
向所述混合溶剂中加入六氟磷酸锂，充分搅拌以形成六氟磷酸锂浓度为1～1.2mol/L的混合溶液。
可选地，所述待所述混合溶液恢复至室温后，向所述混合溶液中加入脂肪脂类溶剂，待所述脂肪脂类溶剂充分溶解后，静置以得到电解液，包括：
待所述混合溶液恢复至室温后，向所述混合溶液中加入脂肪脂类溶剂，待所述脂肪脂类溶剂充分溶解后，静置24～48h，以形成含有4.5％～5.5％的脂肪脂类溶剂的电解液。
可选地，所述脂肪类溶剂包括乙酸甲酯、乙酸乙酯、丁酸甲酯、丙酸甲酯。
本发明还提供了一种电池制作方法，包括：
制备电芯；
由所述电解液制备方法制备电解液；
向所述电芯内注入电解液，以形成电池。
所述电池制作方法的有益效果在于：所述混合溶液恢复至室温后，向所述混合溶液中加入脂肪脂类溶剂，能够有效降低电解液的黏度，从而提高电池低温性能
本发明还提供了一种由所述电解液制备方法制备的电解液。
本发明还提供了一种由所述电池制备方法制备的电池。
附图说明
图1为本发明一些实施例中电解液制备方法的流程图；
图2为本发明一些实施例中电解液的黏度随温度变化曲线示意图；
图3为本发明一些实施例中电解液的电导率随温度变化曲线示意图；
图4为本发明一些实施例中电芯在-10℃的容量保持率的示意图；
图5为本发明一些实施例中电芯的循环保持率的示意图；
图6为本发明一些实施例中电芯的倍率性能示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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作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。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
针对现有技术存在的问题，本发明的实施例提供了一种电解液制备方法。
参照图1，在氩气环境下进行，所述电解液制备方法包括以下步骤：
S1：将碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯混合，以得到混合溶剂；
S2：向所述混合溶剂中加入锂盐，充分搅拌以得到混合溶液；
S3：待所述混合溶液恢复至室温后，向所述混合溶液中加入脂肪脂类溶剂，待所述脂肪脂类溶剂充分溶解后，静置以得到电解液。
一些实施例中，所述氩气环境中水分小于10ppm、氧气小于10ppm、湿度小于1％。
一些实施例中，所述将碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯混合，以得到混合溶剂，包括：将碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯按照25：5：70的体积比进行混合，以得到混合溶剂。
一些实施例中，所述向所述混合溶剂中加入锂盐，充分搅拌以得到混合溶液，包括：向所述混合溶剂中加入六氟磷酸锂，充分搅拌以形成六氟磷酸锂浓度为1～1.2mol/L的混合溶液。
一些实施例中，所述待所述混合溶液恢复至室温后，向所述混合溶液中加入脂肪脂类溶剂，待所述脂肪脂类溶剂充分溶解后，静置以得到电解液，包括：待所述混合溶液恢复至室温后，向所述混合溶液中加入脂肪脂类溶剂，待所述脂肪脂类溶剂充分溶解后，静置24～48h，以形成含有4.5％～5.5％的脂肪脂类溶剂的电解液。可选地，形成含有5％的脂肪脂类溶剂的电解液。
一些实施例中，所述脂肪类溶剂包括乙酸甲酯(Methyl Acetate，MA)、乙酸乙酯(Ethyl Acetate，EA)、丁酸甲酯(Methyl Butyrate，MB)、丙酸甲酯(Methyl Propionate，MP)。
一些实施例中，所述碳酸乙烯酯的熔点为36.4℃，沸点为248℃，40℃时的介电常数为89.78，40℃时的黏度为1.93cp；
所述碳酸甲乙酯的熔点为-53℃，沸点为110℃，25℃时的介电常数为2.96，黏度为0.65cp；
所述碳酸二甲酯的熔点为4.6℃，沸点为90℃，25℃时的介电常数为3.11，黏度为0.59cp；
所述乙酸甲酯的熔点为-98℃，沸点为57℃，25℃时的介电常数为6.68，黏度为0.40cp；
所述乙酸乙酯的熔点为-84℃，沸点为77℃，25℃时的介电常数为6.00，黏度为0.46cp；
所述丁酸甲酯的熔点为-85.8℃，沸点为102.8℃，25℃时的介电常数为5.48，黏度为0.54cp；
所述丙酸甲酯的熔点为-87.5℃，沸点为79.8℃，25℃时的介电常数为6.20，黏度为0.43cp
图2为本发明一些实施例中电解液的黏度随温度变化曲线示意图。参照图2，当未加入脂肪脂类溶剂时，电解液在任意温度下的黏度都是最高的，当加入乙酸甲酯、丁酸甲酯、丙酸甲酯后，电解液在任意温度下的黏度都得到降低，且当加入乙酸甲酯或丙酸甲酯后，电解液在任意温度下的黏度都得到显著的降低。
图3为本发明一些实施例中电解液的电导率随温度变化曲线示意图。参照图3，当加入乙酸甲酯后，电解液获得了最高的电导率，当加入丁酸甲酯后，电解液的电导率出现了一定程度的降低。
本发明还提供了一种电池制作方法，包括：
制备电芯；
由所述电解液制备方法制备电解液；
向所述电芯内注入电解液，以形成电池。
一些实施例中，所述制备电芯包括浆料制备、涂布、烘烤、辊压、分条与裁片、叠片、装配以及测试。
一些实施例中，所述浆料制备包括正极浆料制备和负极浆料制备。
一些实施例中，所述正极浆料制备包括：
将5.63kg的磷酸铁锂(LiFePO4，LFP)、0.02kg的导电炭黑、0.58kg的碳纳米管、0.12kg的粘接剂聚偏氟乙烯干混搅拌30～60min；
加入3.64kg的N-甲基吡咯烷酮溶剂搅拌4～6h，以获得正极浆料。
一些实施例中，所述负极浆料制备包括：
将4.54kg的负极活性物质石墨、0.023kg的超导炭黑导电剂、0.047kg的分散剂羧甲基纤维素钠干混搅拌30～60min；
加入5.2kg的去离子水和0.176kg的粘接剂丁苯橡胶搅拌4～6h，以获得负极浆料。
一些实施例中，所述涂布包括：将所述正极浆料和所述负极浆料分别均匀的涂敷在铝箔和铜箔上，并留出空白区域作为极耳区，进而得到涂敷后的正极片和负极片。
一些实施例中，所述烘烤包括：将涂敷后的正极片和负极片在真空烤箱内循环烘烤12～24h。
一些实施例中，所述辊压包括：将烘烤后的正极片和负极片通过辊压机辊压到目标的厚度。
一些实施例中，所述分条与裁片包括：将辊压后的正极片和负极片通过分条机进行分条，然后通过激光模切机将分条后的正极片和负极片裁成切目标尺寸。
一些实施例中，所述叠片包括将裁切后的正极片和负极片按照负极片、隔膜、正极片、隔膜、负极片、隔膜、正极片交替的顺序堆叠形成电芯。
一些实施例中，所述装配包括：对堆叠形成的电芯进行1000～1500N压力的热压，再进行极耳焊接，将焊接极耳的电芯防止与冲坑后的铝塑膜中并进行顶封、侧封及烘烤，然后注入所述电机也，以形成电池。
一些实施例中，所述测试包括：测试所述电池的低温性能、常温循环和倍率性能，以检查所述电池的质量。
图4为本发明一些实施例中电芯在-10℃的容量保持率的示意图。参照图4，添加了乙酸甲酯的电解液的电芯的容量保持率为86.1％，添加了丁酸甲酯的电解液的电芯的容量保持率为77.3％，添加了丙酸甲酯的电解液的电芯的容量保持率为66％，无添加剂的电解液的电芯的容量保持率为55.2％。由于添加乙酸甲酯具有较低的熔点和较高的介电常数，因此，优选添加乙酸甲酯以提高电池的低温性能。
图5为本发明一些实施例中电芯的循环保持率的示意图。参照图5，循环1800圈后，添加了乙酸甲酯、丁酸甲酯或丙酸甲酯的电解液的电芯容量保持率高于未添加剂的电解液的电芯容量保持率约85％。
图6为本发明一些实施例中电芯的倍率性能示意图。参照图6，添加乙酸甲酯的电解液的电芯的2C容量保持率达98％，添加丁酸甲酯的电解液的电芯的2C容量保持率达88.9％，添加丙酸甲酯的电解液的电芯的2C容量保持率达85.4％。电池的倍率性能与电池的阻抗有很大关系，在高倍率下，由于阻抗大，电池内消耗的能量就多，因此容量会低。电解液的电导率是电池阻抗一个很大的影响因素，因此倍率性能的变化趋势也与电解液的电导率变化一致，添加了丁乙酸甲酯的电解液的电导率为6.84mS/cm，添加了丁酸甲酯的电解液的电导率为8.31mS/cm，添加了丙酸甲酯的电解液的电导率为8.99mS/cm，无添加剂的电解液的电导率为11.28mS/cm。
虽然在上文中详细说明了本发明的实施方式，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，能够对这些实施方式进行各种修改和变化。但是，应理解，这种修改和变化都属于权利要求书中所述的本发明的范围和精神之内。而且，在此说明的本发明可有其它的实施方式，并且可通过多种方式实施或实现。

Claims (9)

1.一种电解液制备方法，其特征在于，在氩气环境下进行，包括：
将碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯混合，以得到混合溶剂；
向所述混合溶剂中加入锂盐，充分搅拌以得到混合溶液；
待所述混合溶液恢复至室温后，向所述混合溶液中加入脂肪脂类溶剂，待所述脂肪脂类溶剂充分溶解后，静置以得到电解液。
2.根据权利要求1所述的电解液制备方法，其特征在于，所述氩气环境中水分小于10ppm、氧气小于10ppm、湿度小于1％。
3.根据权利要求1所述的电解液制备方法，其特征在于，所述将碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯混合，以得到混合溶剂，包括：
将碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯按照25：5：70的体积比进行混合，以得到混合溶剂。
4.根据权利要求3所述的电解液制备方法，其特征在于，所述向所述混合溶剂中加入锂盐，充分搅拌以得到混合溶液，包括：
向所述混合溶剂中加入六氟磷酸锂，充分搅拌以形成六氟磷酸锂浓度为1～1.2mol/L的混合溶液。
5.根据权利要求4所述的电解液制备方法，其特征在于，所述待所述混合溶液恢复至室温后，向所述混合溶液中加入脂肪脂类溶剂，待所述脂肪脂类溶剂充分溶解后，静置以得到电解液，包括：
待所述混合溶液恢复至室温后，向所述混合溶液中加入脂肪脂类溶剂，待所述脂肪脂类溶剂充分溶解后，静置24～48h，以形成含有4.5％～5.5％的脂肪脂类溶剂的电解液。
6.根据权利要求1或4所述的电解液制备方法，其特征在于，所述脂肪类溶剂包括乙酸甲酯、乙酸乙酯、丁酸甲酯、丙酸甲酯。
7.一种电池制作方法，其特征在于，包括：
制备电芯；
由权利要求1～6任意一项所述的电解液制备方法制备电解液；
向所述电芯内注入电解液，以形成电池。
8.一种电解液，其特征在于，由权利要求1～6任意一项所述电解液制备方法制备的电解液。
9.一种电池，其特征在于，由权利要求7所述的电池制备方法制备的电池。
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