CN112201842A - 一种磷酸铁锂动力电池高倍率电解液以及制备方法、电池 - Google Patents
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Abstract
一种磷酸铁锂动力电池高倍率电解液以及制备方法、电池,包括锂盐、有机溶剂;所述机溶剂包括非水有机溶剂为90wt%~95wt%和功能添加剂为5wt%~10wt%;所述非水有机溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯;所述功能添加剂包括碳酸亚乙烯酯、1,3‑丙磺酸内酯、氟代碳酸乙烯酯和乙腈;所述电解液适用于倍率不低于6C磷酸铁锂动力电池。本发明提供的一种电池,电池3C充放电循环900次容量保持95.6%,6C循环1000次容量保持87%,电池的倍率循环性能得到了极大的提高。
Description
【技术领域】
本发明属于锂离子电池技术领域,尤其涉及一种磷酸铁锂动力电池高倍率电解液以及制备方法、电池。
【背景技术】
磷酸铁锂电池无论从电化学性能,包括可逆容量、稳定性、安全性、循环性和大电流放电能力,还是到原材料的价格,都优于其他类型电池。磷酸铁锂电池1C循环2000次容量保持率仍可以达到80%以上,循环性能远高于钴酸锂、三元材料和锰酸锂等类型电池。然而随着市场的发展与变化,人们对锂离子电池也提出了高要求,即高比功率、快速充电和深度放电,成为了磷酸铁锂电池发展的主流方向。
在常温范围内,一方面因为磷酸铁锂电池大电流放电时电子运动速度很快,另一方面因为磷酸铁锂电池电解液的电导率只有水溶液的百分之一,所以Li+的传递速率很低,因此,磷酸铁锂电池会发生极化现象,进而磷酸铁锂电池进行高倍率循环应用时将会受限。
【发明内容】
本发明提供一种磷酸铁锂动力电池高倍率电解液,包括锂盐、有机溶剂;
所述机溶剂包括非水有机溶剂为90wt%~95wt%和功能添加剂为5wt%~10wt%;
所述非水有机溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯;
所述功能添加剂包括碳酸亚乙烯酯、1,3-丙磺酸内酯、氟代碳酸乙烯酯和乙腈;所述电解液适用于倍率不低于6C磷酸铁锂动力电池。
进一步地,所述锂盐为LiPF6、LiClO4、LiBF6和LiASF6。
优先地,所述锂盐为LiPF6,电解质的稳定比较好,可以减少副反应的发生,减少电解质的容量和产生一些危害电极材料的物质,降低电池的循环性能。
进一步地,所述锂盐浓度为1.1mol/L-1.5mol/L。
进一步地,所述非水有机溶剂还包括链状羧酸酯(可以防止锂盐分解成有害正极材料的物质,而且还可以和金属离子形成络合物)。
进一步地,所述非水有机溶剂为碳酸乙烯酯10%~20%、链状羧酸酯0%~20%、碳酸二甲酯30%~50%和碳酸甲乙酯30%~50%。
进一步地,所述链状羧酸酯包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、三聚氰胺-甲醛树脂和甲酸乙酯。
进一步地,所述乙腈(AN)为2wt%~5wt%。
优先地,所述乙腈(AN)为2.3wt%。
本发明提供一种磷酸铁锂动力电池高倍率电解液的制备方法,包括如下步骤:
S1:对碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯、乙腈纯化,干燥惰性气体保护下10ppm;
S2:在-10℃~0℃温度下,向纯化有机溶液中缓慢加入适量的锂盐,使制得的锂盐溶液为中锂离子浓度为0.5mol/L-1mol/L;
S3:加入适量的碳酸亚乙烯酯、1,3-丙磺酸内酯、氟代碳酸乙烯酯和乙腈到有机锂盐溶液中搅拌2h。
本发明提供一种磷酸铁锂动力电池高倍率电池,包括正极材料,负极材料,中间隔膜,电解液,所述电解液为上述段落所述的电解液。
进一步地,所述电池的负极材料为改性天然人造复合石墨、软碳、硬碳和高粘结剂混合形成。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
(1)本发明提供的一种电解液,其中,碳酸亚乙烯酯和1,3-丙磺酸内酯,改善电极/电解液界面,减少电解液溶剂的分解,并对电池的高温储存性能进行改性;乙腈可以降低有机溶剂的黏度,加快锂离子在电解质中的传递速度;氟代碳酸乙烯酯热稳定性强,在负极电极表面形成一层稳定的SEI膜;
(2)本发明提供的一种电池,用改性天然人造复合石墨、软碳、硬碳复配,天然石墨增加负极电极的区域空隙,同时软碳和硬碳可以增加负极表面的缺陷表面积,从而提高电导率和离子扩散速率,降低锂离子迁移的阻抗;
(3)本发明提供的一种电池,电池3C充放电循环900次容量保持95.6%,6C循环1000次容量保持87%,电池的倍率循环性能得到了极大的提高。
【附图说明】
图1为本实施例8提供的3C循环曲线图;
图2为本实施例8提供的6C循环曲线图。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白,以下结合附图和具体实施方式,对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是,本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明,并不是为了限定本发明。
对比例
一种磷酸铁锂动力电池高倍率电解液,包括锂盐、有机溶剂,有机溶剂包括非水有机溶剂和功能添加剂,其中,LiPF6的含量为1.2mol/L,非水有机溶剂包括碳酸乙烯酯(EC)18.3%,链状羧酸酯(MA)19%,碳酸二甲酯(DMC)44%,和碳酸甲乙酯(EMC)12.7%,功能添加剂包括碳酸亚乙烯酯(VC)2.0%,1,3-丙磺酸内酯(PS)1.8%和氟代碳酸乙烯酯(FEC)2.3%。
实施例1
一种磷酸铁锂动力电池高倍率电解液,包括锂盐、有机溶剂,有机溶剂包括非水有机溶剂和功能添加剂,其中,LiPF6的含量为1.2mol/L,非水有机溶剂包括碳酸乙烯酯(EC)18.3%,链状羧酸酯(MA)18%,碳酸二甲酯(DMC)44%,碳酸甲乙酯(EMC)12.7%,功能添加剂包括碳酸亚乙烯酯(VC)2.0%,1,3-丙磺酸内酯(PS)1.8%,氟代碳酸乙烯酯(FEC),乙腈(AN)1%。
实施例2
一种磷酸铁锂动力电池高倍率电解液,包括锂盐、有机溶剂,有机溶剂包括非水有机溶剂和功能添加剂,其中,LiPF6的含量为1.2mol/L,非水有机溶剂包括碳酸乙烯酯(EC)18.2%,链状羧酸酯(MA)18%,碳酸二甲酯(DMC)44%,碳酸甲乙酯(EMC)12.7%,功能添加剂包括碳酸亚乙烯酯(VC)2.0%,1,3-丙磺酸内酯(PS)1.8%,氟代碳酸乙烯酯(FEC)2.3%,乙腈(AN)2%。
实施例3
一种磷酸铁锂动力电池高倍率电解液,包括锂盐、有机溶剂,有机溶剂包括非水有机溶剂和功能添加剂,其中,LiPF6的含量为1.25mol/L,非水有机溶剂包括碳酸乙烯酯(EC)15.2%,链状羧酸酯(MA)20%,碳酸二甲酯(DMC)43%,碳酸甲乙酯(EMC)11.7%,功能添加剂包括碳酸亚乙烯酯(VC)2.0%,1,3-丙磺酸内酯(PS)1.8%,氟代碳酸乙烯酯(FEC)2.3%,乙腈(AN)2%。
实施例4
一种磷酸铁锂动力电池高倍率电解液,包括锂盐、有机溶剂,有机溶剂包括非水有机溶剂和功能添加剂,其中,LiPF6的含量为1.25mol/L,非水有机溶剂包括碳酸乙烯酯(EC)18.2%,链状羧酸酯(MA)18%,碳酸二甲酯(DMC)45%,碳酸甲乙酯(EMC)12.7%,功能添加剂包括碳酸亚乙烯酯(VC)2.0%,1,3-丙磺酸内酯(PS)1.3%,氟代碳酸乙烯酯(FEC)2.3%,乙腈(AN)2.5%。
实施例5
一种磷酸铁锂动力电池高倍率电解液,包括锂盐、有机溶剂,有机溶剂包括非水有机溶剂和功能添加剂,其中,LiPF6的含量为1.3mol/L,非水有机溶剂包括碳酸乙烯酯(EC)12.2%,链状羧酸酯(MA)18%,碳酸二甲酯(DMC)49%,碳酸甲乙酯(EMC)12.7%,功能添加剂包括碳酸亚乙烯酯(VC)2.0%,1,3-丙磺酸内酯(PS)1.8%,氟代碳酸乙烯酯(FEC)2.0%,乙腈(AN)2.3%。
实施例6
一种磷酸铁锂动力电池高倍率电解液,包括锂盐、有机溶剂,有机溶剂包括非水有机溶剂和功能添加剂,其中,LiPF6的含量为1.3mol/L,非水有机溶剂包括碳酸乙烯酯(EC)18.2%,链状羧酸酯(MA)21%,碳酸二甲酯(DMC)40%,碳酸甲乙酯(EMC)12.7%,功能添加剂包括碳酸亚乙烯酯(VC)1.5%,1,3-丙磺酸内酯(PS)1.8%,氟代碳酸乙烯酯(FEC)2.3%,乙腈(AN)2.5%。
实施例7
将实施例1-6以及对比例采用以下步骤配制溶液,S1:对碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯、乙腈纯化,干燥惰性气体保护下10ppm;
S2:在-10℃~0℃温度下,向纯化有机溶液中缓慢加入适量的锂盐,使制得的锂盐溶液为中锂离子浓度为0.5mol/L-1mol/L;
S3:加入适量的碳酸亚乙烯酯、1,3-丙磺酸内酯、氟代碳酸乙烯酯和乙腈到有机锂盐溶液中搅拌2h。
并对实施例1-6以及对比例进行电导率进行测试,实验结果如下表:
实验结果表明,与对比例电导率10.5ms/cm相比,实施例1-5的配方的电导率都有明显的提高,其中实施例5的电导率达到了13.1ms/cm是比较优先的方案。
实施例8
本发明提供一种磷酸铁锂动力电池高倍率电池,包括正极材料,负极材料,中间隔膜,电解液,所述电解液为上述段落所述的电解液;
所述电池的负极材料为改性天然人造复合石墨、软碳、硬碳和高粘结剂混合形成;其中,电解液为实施例5的配方,即LiPF6的含量为1.2mol/L,非水有机溶剂包括碳酸乙烯酯(EC)12.2%,链状羧酸酯(MA)18%,碳酸二甲酯(DMC)49%,碳酸甲乙酯(EMC)12.7%,功能添加剂包括碳酸亚乙烯酯(VC)2.0%,1,3-丙磺酸内酯(PS)1.8%,氟代碳酸乙烯酯(FEC)2.0%,乙腈(AN)2.3%。
如图1所示,32650型圆柱电池3C充放电循环900次容量保持95.6%,3C温升8.1℃,如图2所示,32650型圆柱电池6C循环1000次容量保持87%,6C温升14.2℃,电池的倍率循环性能得到了极大的提高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施局限于这些说明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种磷酸铁锂动力电池高倍率电解液,其特征在于,包括锂盐、有机溶剂;所述机溶剂包括非水有机溶剂为90wt%~95wt%和功能添加剂为5wt%~10wt%;所述非水有机溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯;所述功能添加剂包括碳酸亚乙烯酯、1,3-丙磺酸内酯、氟代碳酸乙烯酯和乙腈;所述电解液适用于倍率不低于6C磷酸铁锂动力电池。
2.根据权利要求1所述的磷酸铁锂动力电池高倍率电解液,其特征在于,所述锂盐为LiPF6、LiClO4、LiBF6和LiASF6。
3.根据权利要求1或2所述的磷酸铁锂动力电池高倍率电解液,其特征在于,所述锂盐浓度为1.1mol/L-1.5mol/L。
4.根据权利要求1所述的磷酸铁锂动力电池高倍率电解液,其特征在于,所述非水有机溶剂还包括链状羧酸酯。
5.根据权利要求4所述的磷酸铁锂动力电池高倍率电解液,其特征在于,所述非水有机溶剂为碳酸乙烯酯10%~20%、链状羧酸酯0%~20%、碳酸二甲酯30%~50%和碳酸甲乙酯30%~50%。
6.根据权利要求4所述的磷酸铁锂动力电池高倍率电解液,其特征在于,所述链状羧酸酯包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、三聚氰胺-甲醛树脂和甲酸乙酯。
7.根据权利要求4所述的磷酸铁锂动力电池高倍率电解液,其特征在于,所述乙腈(AN)为1wt%~5wt%。
8.根据权利要求1-7任一所述的磷酸铁锂动力电池高倍率电解液的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1:对碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和乙腈纯化,干燥惰性气体保护下10ppm;
S2:在-10℃~0℃温度下,向纯化有机溶液中缓慢加入适量的锂盐,使制得的锂盐溶液为中锂离子浓度为0.5mol/L-1mol/L;
S3:加入适量的碳酸亚乙烯酯、1,3-丙磺酸内酯、氟代碳酸乙烯酯和乙腈到有机锂盐溶液中搅拌2h。
9.一种磷酸铁锂动力电池高倍率电池,包括正极材料,负极材料,中间隔膜,电解液,其特征在于,所述电解液为权利要求1-7任一所述的电解液。
10.根据权利要求9所述的电池,其特征在于,所述电池的负极材料为改性天然人造复合石墨、软碳、硬碳和高粘结剂混合形成。
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