CN111244542A - 一种耐低温锂电池电解液及其制备工艺 - Google Patents

一种耐低温锂电池电解液及其制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐低温锂电池电解液及其制备工艺，涉及锂电池技术领域。本发明包括以下重量份的原料制成：碳酸乙烯酯10‑12、碳酸二甲酯10‑15、碳酸甲乙酯5‑8、五氟化磷16‑18、苯丙三氮唑5‑9、氢氟酸4‑7、三羟基三乙胺5‑8、二乙二醇3‑5、添加剂20‑25、缓冲剂22‑27，本发明通过添加剂与缓冲剂优化电解液成分，使得电解液具有优良的耐低温性能，提高电解液的电循环活性，使得锂电池在低温环境下依旧具有稳定的充放电性能。

Description

一种耐低温锂电池电解液及其制备工艺
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，具体为一种耐低温锂电池电解液及其制备工艺。
背景技术
锂电池电解液是电池中离子传输的载体，一般由锂盐和有机溶剂组成，电解液在锂电池正、负极之间起到传导离子的作用；因电解液的电化学反应与环境温度有关，所以环境中温度对电池的充放电性能影响最大；低温下，电解液的粘度降低，导电性下降，活性物质的活性也会降低，会使电解液的浓度差变大，极化增强，使充电提前终止；更重要的是，锂离子在碳负极的扩散速度会更慢。容易有锂的析出，温度下降，电极的反应速率也下降。假设电池电压保持恒定，放电电流降低，电池的功率输出也会下降。
目前，磷酸铁锂电池是应用在电动汽车上最多的电池，这种电池安全性高，单体寿命较长，但磷酸铁锂有一个致命的缺点，磷酸铁锂电池的低温性能比其他技术体系的电池略差；低温对磷酸铁锂的正负极、电解液和粘接剂等都存在影响；低温下电解液的黏度会增加，锂离子迁移阻抗也会随之增大，进一步影响动力电池的输出功率，因此研发一种针对低温下锂电池的电解液及其制备工艺是本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种耐低温锂电池电解液及其制备工艺，解决了上述背景技术中提出的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种耐低温锂电池电解液，包括以下重量份的原料制成：
碳酸乙烯酯10-12、碳酸二甲酯10-15、碳酸甲乙酯5-8、五氟化磷16-18、苯丙三氮唑5-9、氢氟酸4-7、三羟基三乙胺5-8、二乙二醇3-5、添加剂20-25、缓冲剂22-27。
进一步地，包括以下重量份的原料制成：
碳酸乙烯酯11-12、碳酸二甲酯12-14、碳酸甲乙酯6-8、五氟化磷16-17、苯丙三氮唑6-7、氢氟酸5-7、三羟基三乙胺5-6、二乙二醇4-5、添加剂21-24、缓冲剂23-25；
碳酸乙烯酯是一种性能优良的有机溶剂，可溶解多种聚合物；另可作为有机中间体，可替代环氧乙烷用于二氧基化反应，可应用于锂电池电解液中；
碳酸二甲酯是一种低毒、环保性能优异、用途广泛的化工原料，它是一种重要的有机合成中间体，分子结构中含有羰基、甲基和甲氧基等官能团，具有多种反应性能；
碳酸甲乙酯别名碳酸乙基甲酯，为无色透明液体，不溶于水，可用于有机合成，是一种优良的锂离子电池电解液的溶剂。
进一步地，所述添加剂由以下重量份的原料制成：
碳酸二乙酯13-15、六氟磷酸锂15-20、苯甲酸钠2-5、丙二醇6-9、聚山梨酯2-5；
丙二醇可用作不饱和聚酯树脂的原料，在化妆品、牙膏和香皂中可与甘油或山梨醇配合用作润湿剂；在染发剂中用作调湿、匀发剂，也用作防冻剂，还用于玻璃纸、增塑剂和制药工业。
进一步地，所述缓冲剂由以下重量份的原料制成：
碳酸丙烯酯15-18、硫酸乙烯酯12-15、正癸二酸3-5、甲基苯丙三氮唑4-7；
癸二酸用途广泛，主要用来制取癸二酸的酯类，其酯类用途广泛，如癸二酸二丁酯、癸二酸二辛酯、癸二酸二异辛酯，这些酯类可作塑料、耐寒橡胶的增塑剂；
硫酸乙烯酯为白色晶体或结晶性粉末，不纯时带浅棕色或褐色，在潮湿空气中易吸水水解并显示强酸性，对热不稳定，可用作锂离子电池电解液的添加剂；
本发明还提供了一种耐低温锂电池电解液制备工艺，包括以下步骤：
步骤一：依次将所述碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、五氟化磷、苯丙三氮唑在15℃环境下混合制得混合液A；
步骤二：将所述混合液A加热至23℃，加热过程中加入添加剂，再分别与碳酸甲乙酯和氢氟酸混合制得混合液B，
步骤三：将所述混合液B与缓冲剂混合，混合过程中加入三羟基三乙胺，制得混合液C；
步骤四：将所述混合物C温度降低至5℃，并与二乙二醇充分混合制得电解液。
进一步地，所述电解液制备工艺混合过程中均为密闭环境，所述步骤一的混合气压为0.015-0.018MPa，所述步骤二的混合气压为0.012-0.013MPa，所述步骤三的混合气压为0.025-0.029MPa，所述步骤四的混合气压为0.019-0.021MPa。
进一步地，所述步骤一搅拌时间为30分钟，所述步骤二搅拌时间为60分钟，所述步骤三搅拌时间为10分钟，所述步骤四搅拌时间为70分钟。
本发明具有以下有益效果：
该耐低温锂电池电解液及其制备工艺，通过添加剂与缓冲剂优化电解液成分，使得电解液具有优良的耐低温性能，提高电解液的电循环活性，使得锂电池在低温环境下依旧具有稳定的充放电性能。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种耐低温锂电池电解液制备工艺流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种耐低温锂电池电解液，包括以下重量份的原料制成：
碳酸乙烯酯10、碳酸二甲酯10、碳酸甲乙酯5、五氟化磷16、苯丙三氮唑5、氢氟酸4、三羟基三乙胺5、二乙二醇3、添加剂20、缓冲剂22。
其中，添加剂由以下重量份的原料制成：
碳酸二乙酯13、六氟磷酸锂15、苯甲酸钠2、丙二醇6、聚山梨酯2。
其中，缓冲剂由以下重量份的原料制成：
碳酸丙烯酯15、硫酸乙烯酯12、正癸二酸3、甲基苯丙三氮唑4。
一种耐低温锂电池电解液制备工艺，包括以下步骤：
步骤一：依次将碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、五氟化磷、苯丙三氮唑在15℃环境下混合制得混合液A；
步骤二：将混合液A加热至23℃，加热过程中加入添加剂，再分别与碳酸甲乙酯和氢氟酸混合制得混合液B，
步骤三：将混合液B与缓冲剂混合，混合过程中加入三羟基三乙胺，制得混合液C；
步骤四：将混合物C温度降低至5℃，并与二乙二醇充分混合制得电解液。
其中，电解液制备工艺混合过程中均为密闭环境，步骤一的混合气压为0.015-0.018MPa，步骤二的混合气压为0.012-0.013MPa，步骤三的混合气压为0.025-0.029MPa，步骤四的混合气压为0.019-0.021MPa。
其中，步骤一搅拌时间为30分钟，步骤二搅拌时间为60分钟，步骤三搅拌时间为10分钟，步骤四搅拌时间为70分钟。
实施例二
请参阅图1，本发明还提供一种技术方案：一种耐低温锂电池电解液，包括以下重量份的原料制成：
碳酸乙烯酯12、碳酸二甲酯15、碳酸甲乙酯8、五氟化磷18、苯丙三氮唑9、氢氟酸7、三羟基三乙胺8、二乙二醇5、添加剂25、缓冲剂27。
其中，添加剂由以下重量份的原料制成：
碳酸二乙酯15、六氟磷酸锂20、苯甲酸钠5、丙二9、聚山梨酯5。
其中，缓冲剂由以下重量份的原料制成：
碳酸丙烯酯18、硫酸乙烯酯15、正癸二酸5、甲基苯丙三氮唑7。
一种耐低温锂电池电解液制备工艺，包括以下步骤：
步骤一：依次将碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、五氟化磷、苯丙三氮唑在15℃环境下混合制得混合液A；
步骤二：将混合液A加热至23℃，加热过程中加入添加剂，再分别与碳酸甲乙酯和氢氟酸混合制得混合液B，
步骤三：将混合液B与缓冲剂混合，混合过程中加入三羟基三乙胺，制得混合液C；
步骤四：将混合物C温度降低至5℃，并与二乙二醇充分混合制得电解液。
其中，电解液制备工艺混合过程中均为密闭环境，步骤一的混合气压为0.015-0.018MPa，步骤二的混合气压为0.012-0.013MPa，步骤三的混合气压为0.025-0.029MPa，步骤四的混合气压为0.019-0.021MPa。
其中，步骤一搅拌时间为30分钟，步骤二搅拌时间为60分钟，步骤三搅拌时间为10分钟，步骤四搅拌时间为70分钟。
实施例三
请参阅图1，本发明还提供一种技术方案：一种耐低温锂电池电解液，包括以下重量份的原料制成：
碳酸乙烯酯11、碳酸二甲酯13、碳酸甲乙酯6、五氟化磷17、苯丙三氮唑7、氢氟酸6、三羟基三乙胺6、二乙二醇4、添加剂23、缓冲剂26。
其中，添加剂由以下重量份的原料制成：
碳酸二乙酯14、六氟磷酸锂18、苯甲酸钠4、丙二醇8、聚山梨酯4。
其中，缓冲剂由以下重量份的原料制成：
碳酸丙烯酯17、硫酸乙烯酯14、正癸二酸4、甲基苯丙三氮唑6。
一种耐低温锂电池电解液制备工艺，包括以下步骤：
步骤一：依次将碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、五氟化磷、苯丙三氮唑在15℃环境下混合制得混合液A；
步骤二：将混合液A加热至23℃，加热过程中加入添加剂，再分别与碳酸甲乙酯和氢氟酸混合制得混合液B，
步骤三：将混合液B与缓冲剂混合，混合过程中加入三羟基三乙胺，制得混合液C；
步骤四：将混合物C温度降低至5℃，并与二乙二醇充分混合制得电解液。
其中，电解液制备工艺混合过程中均为密闭环境，步骤一的混合气压为0.015-0.018MPa，步骤二的混合气压为0.012-0.013MPa，步骤三的混合气压为0.025-0.029MPa，步骤四的混合气压为0.019-0.021MPa。
其中，步骤一搅拌时间为30分钟，步骤二搅拌时间为60分钟，步骤三搅拌时间为10分钟，步骤四搅拌时间为70分钟。
实施例四
本发明还提供一种对照技术方案：一种锂电池电解液，包括以下重量份的原料制成：
碳酸乙烯酯10、碳酸二甲酯10、碳酸甲乙酯5、五氟化磷16、氢氟酸4。
电解液制备工艺，包括以下步骤：
步骤一：依次将碳酸乙烯酯、五氟化磷、氢氟酸混合制得混合液a；
步骤二：将混合液a分别与碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯混合制成电解液。
其中，电解液制备工艺混合过程中均为密闭环境，步骤一的混合气压为0.015-0.018MPa，步骤二的混合气压为0.019-0.021MPa。
其中，步骤一搅拌时间为30分钟，步骤二搅拌时间为70分钟。
性能检测：
将实施例1-4中制得的电解液制成锂电池，以25℃室外环境为参照标准，在-10℃的室外环境进行测试，所得测试数据如下表：
实施例一 实施例二 实施例三 实施例四
电池容量 85％ 91％ 87％ 72％
放电电流 2.1A 2.5A 2.3A 1.8A
由上述实验参数可知，实施例二为最佳实施例，相比较对照组实施例四，在-10℃的室外环境电池容量与放电电流均处于较高水平，具有突出的耐寒优势，减小低温对电池性能的影响。
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 (7)

1.一种耐低温锂电池电解液，其特征在于包括以下重量份的原料制成：
碳酸乙烯酯10-12、碳酸二甲酯10-15、碳酸甲乙酯5-8、五氟化磷16-18、苯丙三氮唑5-9、氢氟酸4-7、三羟基三乙胺5-8、二乙二醇3-5、添加剂20-25、缓冲剂22-27。
2.根据权利要求1所述的一种耐低温锂电池电解液，其特征在于，包括以下重量份的原料制成：
碳酸乙烯酯11-12、碳酸二甲酯12-14、碳酸甲乙酯6-8、五氟化磷16-17、苯丙三氮唑6-7、氢氟酸5-7、三羟基三乙胺5-6、二乙二醇4-5、添加剂21-24、缓冲剂23-25。
3.根据权利要求1所述的一种耐低温锂电池电解液，其特征在于，所述添加剂由以下重量份的原料制成：
碳酸二乙酯13-15、六氟磷酸锂15-20、苯甲酸钠2-5、丙二醇6-9、聚山梨酯2-5。
4.根据权利要求1所述的一种耐低温锂电池电解液，其特征在于，所述缓冲剂由以下重量份的原料制成：
碳酸丙烯酯15-18、硫酸乙烯酯12-15、正癸二酸3-5、甲基苯丙三氮唑4-7。
5.如权利要求1-4任一项所述的一种耐低温锂电池电解液的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：依次将所述碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、五氟化磷、苯丙三氮唑在15℃环境下混合制得混合液A；
步骤二：将所述混合液A加热至23℃，加热过程中加入添加剂，再分别与碳酸甲乙酯和氢氟酸混合制得混合液B，
步骤三：将所述混合液B与缓冲剂混合，混合过程中加入三羟基三乙胺，制得混合液C；
步骤四：将所述混合物C温度降低至5℃，并与二乙二醇充分混合制得电解液。
6.根据权利要求5所述的一种耐低温锂电池电解液制备工艺，其特征在于，所述电解液制备工艺混合过程中均为密闭环境，所述步骤一的混合气压为0.015-0.018MPa，所述步骤二的混合气压为0.012-0.013MPa，所述步骤三的混合气压为0.025-0.029MPa，所述步骤四的混合气压为0.019-0.021MPa。
7.根据权利要求5所述的一种耐低温锂电池电解液制备工艺，其特征在于，所述步骤一搅拌时间为30分钟，所述步骤二搅拌时间为60分钟，所述步骤三搅拌时间为10分钟，所述步骤四搅拌时间为70分钟。
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