專利名稱：一種高倍率充放電鋰動力電池非水電解液的制造方法
技術領域：
本發明涉及鋰離子動力電池電解液技術領域，公開了一種高倍率充放電鋰動力電池非水電解液的制造方法。
背景技術：
隨著全球石油資源緊張、大氣環境污染加重，節能環保的電動汽車已被公認為21 世紀汽車工業發展的主要方向。中國政府對于新能源汽車相關技術開發及產業化工作高度重視，在“十五”、“i^一五”都設立了國家863 “節能與新能源汽車”重大專項。2009年以來，國家對新能源領域的扶持力度進一步加大，出臺了 “十城千輛”電動汽車計劃。電動汽車用鋰離子動力電池要達到實用化，其快速充電能力和適應汽車頻繁啟停過程中的高功率、大電流放電是當前以磷酸鐵鋰為正極材料的動力電池亟待解決的重要技術問題。因磷酸鐵鋰材料本身電導率低、阻抗高，造成動力電池大電流、高倍率充放電時電能損耗較大，而且動力電池發熱量增加，形成新的安全隱患。雖然目前通過碳包覆和材料納米化可在一定程度上提高磷酸鐵鋰材料的電導率，但磷酸鐵鋰動力電池的倍率性能與實際使用要求仍有一定距離。除提高磷酸鐵鋰材料本身性能之外，通過對鋰離子動力電池用非水電解液的改進也可在一定程度上提高動力電池的倍率性能。其主要思路是通過提高電解液中鋰離子在動力電池正負極材料、電極/電解液界面和電解液中的遷移速率。具體手段可通過溶劑復配降低電解液粘度、提高電解質鋰鹽的溶解度(增加離子數量)、改善電解液與正負極界面和增加電解液對正負極材料的浸潤性等來實現。CN200910043724. 3采用四氟硼酸季銨鹽類作為一種新型功能添加劑，提高了電解液與電極表面界面膜的質量，提高了鋰離子在電極和電解液中的遷移力，并有效保護石墨結構負極在碳酸丙烯酯(PC)基電解液中不被破壞，從而提高了鋰離子電池的倍率性能。電解液通常由多種溶劑、鋰鹽、添加劑組成。常用的溶劑有環狀碳酸酯、鏈狀碳酸酯、醚、呋喃等，鋰鹽有六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、雙草酸硼酯鋰等，添加劑分為成膜添加劑 (碳酸亞乙烯酯、1，3_丙烷磺內酯等)、抗過充添加劑(聯苯、環己基苯等)等。實際使用過程中需根據電解液的用途和電池體系的不同選用不同的組合，以達到最佳效果。
發明內容
本發明提供了一種適用于高倍率磷酸鐵鋰動力電池用非水電解液的制備方法。目的在于通過調整電解液中溶劑、電解質鹽、添加劑的種類和配比來實現電解液的低粘度、高離子電導和高界面穩定性，從而解決鋰離子動力電池高倍率充放電性能的提升。本發明為一種高倍率充放電鋰動力電池非水電解液的制造方法，其特征在于；包括如下步驟在干燥惰性氣體保護下，將經過脫水處理后的多種非水有機溶劑(水分低于 5ppm)按照一定比例加入帶夾套的不銹鋼配制釜中，攪拌混合均勻后按順序逐漸加入一定量的電解質鹽和添加劑，控制配制溫度不超過20°C，攪拌混合30 60分鐘，該溶液再經 0. 45,0. 1微米的精密過濾器過濾后得到非水電解液產品。根據本發明所述的方法；其特征在于；作為本發明非水電解液中所用的非水有機溶劑選自下列溶劑中的一種或幾種碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、 氟代碳酸乙烯酯(FEC)、Y-丁內酯(GBL)、甲基九氟丁醚、三氟甲基碳酸丙烯酯、二甲氧基乙烷(DME)、二乙氧基乙烷(DEE)。根據本發明所述的方法；其特征在于；作為本發明非水電解液中所用的電解質鹽選自下列電解質鹽中的一種或幾種 LiPF6, LiBF4, LiBOB, LiODFB, LiTFSI、LiS03CF3、LiN[SO2OCH (CF3) 2]2。根據本發明所述的方法；其特征在于；作為本發明非水電解液中所用的添加劑選自下列化合物中的一種或幾種碳酸亞乙烯酯(VC)、1，3-丙烷磺內酯(PS)、碳酸乙烯亞乙酯(VEC)、聯苯(BP)、環己基苯(Offi)、亞硫酸乙酯(ES)、亞硫酸二甲酯(DMS)、2_甲基四氫呋喃(MTHF)。根據本發明所述的方法；其特征在于；所述有機溶劑占非水電解液總重量的80 85 %。選自為EC/FEC/PC/EMC/DMC混合溶劑體系，其中各溶劑重量百分比為=EC占20 25%，FEC占25 35%，PC占5 15%， EMC 占 25 35%，DMC 占 10 15%。根據本發明所述的方法；其特征在于；所述電解質鹽占非水電解液總重量的10 13%。優選為LiPF6/LiODFB/LiBF4混合電解質鹽體系，其中各電解質鹽重量百分比為=LiPF6占80 93%，LiODFB占2 5%， LiBF4 占 8 15%。根據本發明所述的方法其特征在于； 所述添加劑占非水電解液總重量的2 8 %。選自為VC/PS/CHB/MTHF復合添加劑體系。各添加劑占電解液總重量的百分比為VC占1 5%，PS占0. 5 3%，CHB占2 3%, MTHF 占 0. 5 1. 5%。本發明的優勢在于通過含氟溶劑的引入、復合電解質鹽的比例調配降低了電解液的粘度和鋰鹽的離解度、增強電解液對電極材料的潤濕性，提高了電解液離子電導率和離子在電極材料中的擴散速率，從而使得動力電池的高倍率充放電性能得以提升。另一方面， 對添加劑比例的調配及烷氧基添加劑的引入可改善電解液/電極界面膜的質量和穩定性， 增強電池高倍率充放電情況下的可靠性。
具體實施例方式實施例1在干燥氮氣(水分低于IOppm)保護下，將經過脫水處理后的DMC、EMC、PC、FEC、 EC (水分低于5ppm，重量比1 :3:1:3: 2)按照順序加入帶夾套的不銹鋼配制釜中，控制混合溫度不高于20°C，攪拌混合30分鐘；隨后按順序逐漸加入LiODFB、LiBF4、LiPF6電解質鹽(重量比1 1 8，電解質鹽總重量占電解液總重量的13%)，控制混合溫度不高于 200C，攪拌混合30分鐘；最后加入占電解液總重量3%的VC、2%的PS、1. 5%的PS和0. 5%的MTHF，繼續攪拌30分鐘。該溶液再經0. 45,0. 1微米的精密過濾器過濾后得到非水電解液產品A。實施例2在干燥氮氣(水分低于IOppm)保護下，將經過脫水處理后的DEC、EMC、PC、EC(水分低于5ppm，重量比3 :3:1: 3)按照順序加入帶夾套的不銹鋼配制釜中，控制混合溫度不高于20°C，攪拌混合30分鐘；隨后按順序逐漸加入LiBF4、LiPF6電解質鹽(重量比 2 8，電解質鹽總重量占電解液總重量的10% )，控制混合溫度不高于20°C，攪拌混合30 分鐘；最后加入占電解液總重量3%的VC、2%的PS，繼續攪拌30分鐘。該溶液再經0. 45、 0. 1微米的精密過濾器過濾后得到非水電解液產品B。實施例3在干燥氮氣(水分低于IOppm)保護下，將經過脫水處理后的FEC、EMC、PC、EC(水分低于5ppm，重量比3 :2:1: 4)按照順序加入帶夾套的不銹鋼配制釜中，控制混合溫度不高于20°C，攪拌混合30分鐘；隨后按順序逐漸加入LiPF6電解質鹽(電解質鹽總重量占電解液總重量的14% )，控制混合溫度不高于20°C，攪拌混合30分鐘；最后加入占電解液總重量5%的VC、2%的PS和1 %的MTHF繼續攪拌30分鐘。該溶液再經0. 45,0. 1微米的精密過濾器過濾后得到非水電解液產品C。產品性能測試上述實施實例所配制的電解液A、B、C按動力電池標準制作規程制作成軟包裝動力電池，其中正極材料為磷酸鐵鋰，負極材料為人造石墨，經化成、分容倍率充放電性能測試后得到的對比數據見表1、表2。
權利要求
1.一種高倍率充放電鋰動力電池非水電解液的制造方法，其特征在于；包括如下步驟在干燥惰性氣體保護下，將經過脫水處理后水分低于5ppm的多種非水有機溶劑按照一定比例加入帶夾套的不銹鋼配制釜中，攪拌混合均勻后按順序逐漸加入一定量的電解質鹽和添加劑，控制配制溫度不超過20°C，攪拌混合30 60分鐘，該溶液再經0. 45,0. 1微米的兩步精密過濾器過濾后得到非水電解液產品。
2.根據權利要求1所述的方法；其特征在于；作為本發明非水電解液中所用的非水有機溶劑選自下列溶劑中的一種或幾種碳酸二甲酯DMC、碳酸甲乙酯EMC、碳酸二乙酯DEC、碳酸乙烯酯EC、碳酸丙烯酯PC、氟代碳酸乙烯酯FEC、Y - 丁內酯GBL、甲基九氟丁醚、三氟甲基碳酸丙烯酯、二甲氧基乙烷DME、二乙氧基乙烷DEE。
3.根據權利要求1所述的方法；其特征在于；作為本發明非水電解液中所用的電解質鹽選自下列電解質鹽中的一種或幾種LiPF6、 LiBF4, LiBOB, LiODFB、LiTFSI、LiS03CF3、LiN[SO2OCH(CF3) 2]2。
4.根據權利要求1所述的方法；其特征在于；作為本發明非水電解液中所用的添加劑選自下列化合物中的一種或幾種碳酸亞乙烯酯VC、1，3-丙烷磺內酯PS、碳酸乙烯亞乙酯VEC、聯苯BP、環己基苯CHB、亞硫酸乙酯ES、亞硫酸二甲酯DMS、2-甲基四氫呋喃MTHF。
5.根據權利要求1所述的方法；其特征在于；所述有機溶劑占非水電解液總重量的80 85 % ；選自為EC/FEC/PC/EMC/DMC混合溶劑體系，其中各溶劑重量百分比為EC占20 25%，FEC占25 ，PC占5 15%，EMC 占 25 35%，DMC 占 10 15%。
6.根據權利要求1所述的方法；其特征在于；所述電解質鹽占非水電解液總重量的10 13% ；選自為LiPF6/LiODFB/LiBF4混合電解質鹽體系，其中各電解質鹽重量百分比為=LiPF6占80 93%,LiODFB占2 5%,LiBF4 占8 15%。
7.根據權利要求1所述的方法其特征在于；所述添加劑占非水電解液總重量的2 8 % ；選自為VC/PS/CHB/MTHF復合添加劑體系； 各添加劑占電解液總重量的百分比為VC占1 5%，PS占0. 5 3%，CHB占2 3%， MTHF 占 0. 5 1. 5%。
全文摘要
本發明提供了一種高倍率充放電鋰動力電池非水電解液的制造方法。該電解液由多元復合非水溶劑、多元電解質鹽和多種添加劑組成，可有效提高磷酸鐵鋰動力電池的高倍率充放電性能。
文檔編號H01M10/0569GK102496739SQ20111035847
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月14日 優先權日2011年11月14日
發明者劉大凡, 劉紅光, 葉學海, 安峰, 張玥, 王坤, 袁莉, 郭西鳳 申請人:中國海洋石油總公司, 中海油天津化工研究設計院