專利名稱：一種用于磷酸鐵鋰動力電池的電解液及制備方法
技術領域：
本發明涉及一種用于磷酸鐵鋰動力電池的電解液，屬電池材料領域。本發明還涉及該電解液的制備方法。
背景技術：
目前鋰離子動力電池所使用的正極材料主要是磷酸鐵鋰和錳酸鋰，負極材料以人造石墨類為主，而磷酸鐵鋰是一種應用前景十分廣泛的鋰離子二次電池正極材料，磷酸鐵鋰具有原料資源豐富、價格便宜、無毒、環境友好、安全性高等優點，然而目前市場上的磷酸鐵鋰電池還存在一些不足，如高溫下的容量衰減和循環壽命較差，低溫下放電容量低，電池在過充條件下，電解液會氧化分解，影響電解液與正負極材料的兼容性、匹配性和安全性。目前已有的鋰離子電池電解液都是由以下幾種碳酸酯類有機溶劑混合而成，主要溶劑有碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙烯酯、乙酸乙酯、氟代苯、碳酸鉀丙烯酯或碳酸乙丁酯；主要添加劑有碳酸亞乙烯酯、1，3_丙磺酸內酯、環乙基苯、聯苯、甲烷二磺酸亞甲酯、亞磷酸三苯酯、三(2，2，2-三氟乙基)，溶劑配方不合理或不同的添加劑影響鋰離子電池電解液的使用溫度，導電鋰鹽有六氟磷酸鋰、六氟合砷酸鋰、高氯酸鋰、六氟硼酸鋰、三氟甲基黃酸鋰，其中六氟合砷酸鋰離子導電率較高易純化且穩定性較好，但含有有毒的As，使用受到限制；六氟磷酸鋰具有較高的離子導電率但會發生分解， 因此目前鋰離子電池基本上是使用LiPF6 ；高氯酸鋰有較高的氧化性，容易出現爆炸安全性問題；六氟硼酸鋰化學及熱穩定性不好且導電率不高；三氟甲基黃酸鋰導電率差且對電極有腐蝕作用，較少使用。
發明內容
本發明的目的正是為了克服上述己有技術的缺點與不足而提供一種具有容量發揮高、防過充性能好的磷酸鐵鋰動力電池的電解液，從而與正、負極材料具有良好的兼容性、匹配性和安全性。本發明還提供該電解液的制備方法。本發明的目的是通過下列技術方案實現的一種用于磷酸鐵鋰動力電池的電解液，它由下述重量百分比的原料組成六氟磷酸鋰12 15%、有機溶劑80 85%和3 5%添加劑，所述的有機溶劑選自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙烯酯或乙酸乙酯中的兩種或兩種以上的組合；所述添加劑選自碳酸亞乙烯酯、1，3-丙磺酸內酯、環乙基苯、聯苯、磷酸三甲酯、二氟乙酸乙酯或N，N’ - 二環乙基碳二正胺中的兩種或兩種以上的組合。所述磷酸鐵鋰動力電池的電解液的制備方法，它按下述步驟進行(a)將兩種或兩種以上的有機溶劑分別經過常壓精餾和減壓精餾提純至純度> 99. 96%，水分< IOppm的提純的有機溶劑，
(b)在氬氣保護下，水分< lOppm，氧分< IOppm條件下，將(a)項提純的兩種或兩種以上的有機溶劑混合攪拌15分鐘，冷凍至-10 0°C，然后將12 15%六氟磷酸鋰緩慢的加入混合溶劑中，再攪拌15分鐘，加入3 5%添加劑攪拌均勻，制成的電解液置入不銹鋼的鋼瓶中充高純氬氣抽真空置換三次，得到本發明的動力電池的電解液。由于鋰離子電池充放電電位較高，而且陽極材料嵌有較大活性的鋰，所以電解質必須采用有機化合物而不能含有水，但有機物離子導電率都不好，所以要在有機溶劑中加入可溶解的導電鹽以提高離子的電導率。本發明中采用六氟磷酸鋰。有機溶劑占電解液含量的80 85 %，是電解液的主要成分，既能導電又為鋰離子提供了良好的移動媒介。所述添加劑選自碳酸亞乙烯酯、1，3-丙磺酸內酯、環乙基苯、聯苯、亞磷酸三甲酯、 二氟乙酸乙酯、氟代碳酸乙烯酯其中碳酸亞乙烯酯為主要成膜添加劑；環乙基苯、聯苯為防過充添加劑；、亞磷酸三甲酯、二氟乙酸乙酯為阻燃添加劑；N，N’ - 二環乙基碳二正胺主要是用來控制電解液中H20和HF的含量。這些添加劑較少用量既能改善電池的一種或幾種性能；不與電池中其它材料發生副反應；與有機溶劑有較好的相容性，有的甚至能完全溶于其中；價格相對較低；無毒性或毒性較小。本發明提供了一種在低溫條件下容量保持率性能良好的用于磷酸鐵鋰動力電池的電解液，從而與正、負極材料具有良好的兼容性、匹配性和安全性。由于采取上述技術方案使本發明技術與己有技術相比具有如下優點及效果(a)本發明的非水有機溶劑中加入可溶解的六氟磷酸鋰導電鹽，提高離子的電導率；(b)添加劑用量較少既能改善電池的多種性能又不與電池中其它材料發生副反應，與有機溶劑有較好的相容性，目前價格相對較低，無毒性或毒性較小；(c)本發明提供的電解液在低溫條件下具有良好的容量保持率。
具體實施例方式實施例1將碳酸乙烯酯12g、碳酸二甲酯30g和碳酸甲乙烯酯38g，分別經過常壓精餾和減壓精餾提純至純度> 99. 96%、水分< IOppm的提純的溶劑在氬氣保護下，水分< lOppm，氧分< IOppm條件下，混合攪拌15分鐘，冷凍至-10 0°C，然后將15g六氟磷酸鋰緩慢的加入混合溶劑中，再攪拌15分鐘，再加入碳酸亞乙烯酯2g、1，3-丙磺酸內酯Ig和磷酸三甲酯 lg，N，N’ - 二環乙基碳二正胺lg，攪拌均勻，制成的電解液置入不銹鋼的鋼瓶中充高純氬氣抽真空置換三次，即得到動力電池的電解液。實施例2將碳酸乙烯酯16g、碳酸二甲酯26g和碳酸甲乙烯酯40g，分別經過常壓精餾和減壓精餾提純至純度> 99. 96%、水分< IOppm的提純溶劑在氬氣保護下，水分< lOppm，氧分< IOppm條件下，混合攪拌15分鐘，冷凍至-10 0°C，然后將14g六氟磷酸鋰緩慢的加入混合溶劑中，再攪拌15分鐘，再加入碳酸亞乙烯酯lg、l，3-丙磺酸內酯lg，聯苯lg，N， N’ - 二環乙基碳二正胺lg，攪拌均勻，制成的電解液置入不銹鋼的鋼瓶中用充高純氬氣抽真空置換三次，即得到動力電池的電解液。實施例3將碳酸乙烯酯^g、碳酸二甲酯36g、碳酸二乙酯20g，分別經過常壓精餾和減壓精餾提純至純度> 99. 96%、水分< IOppm的提純溶劑在氬氣保護下，水分< lOppm，氧分 < IOppm條件下，混合攪拌15分鐘，冷凍至-10 0°C，然后將13g六氟磷酸鋰緩慢的加入混合溶劑中，再攪拌15分鐘，再加入碳酸亞乙烯酯lg，l，3-丙磺酸內酯lg，環己基苯lg，攪拌均勻，制成的電解液置入不銹鋼的鋼瓶中用充高純氬氣抽真空置換三次，即得到動力電池的電解液。實施例4將碳酸二甲酯43g和碳酸二乙酯38g，分別經過常壓精餾和減壓精餾提純至純度 > 99. 96%、水分< IOppm的提純溶劑在氬氣保護下，水分< lOppm，氧分< IOppm條件下， 混合攪拌15分鐘，冷凍至-10 0°C，然后將14g六氟磷酸鋰緩慢的加入混合溶劑中，再攪拌15分鐘，再加入1，3_丙烷磺酸內酯lg，碳酸亞乙烯酯2g，磷酸三甲酯lg，N，N’ - 二環乙基碳二正胺Ig攪拌均勻，制成的電解液置入不銹鋼的鋼瓶中用充高純氬氣抽真空置換三次，即得到動力電池的電解液。制備正極材料為磷酸鐵鋰，負極為人造石墨的圓柱電池電芯，和軟包電池電芯，并用實施例1-4的電解液分別注液，組裝成鋰離子二次電池。分別測試電池的低溫性能，本專利采用軟包電池進行測試。測試條件電池在25 °C常溫條件下以0. 5CmA的電流恒流充電至3. 65V充電至電流0. 01mA，然后在特定溫度的環境下以0. 5CmA的電流放電至2. OV低溫測試數據表-權利要求
1.一種用于磷酸鐵鋰動力電池的電解液，其特征在于它由下述重量百分比的原料組成六氟磷酸鋰12 15%、有機溶劑80 85%和3 5%添加劑，所述的有機溶劑選自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙烯酯或乙酸乙酯中的兩種或兩種以上的組合；所述添加劑選自碳酸亞乙烯酯、1，3_丙磺酸內酯、環乙基苯、聯苯、磷酸三甲酯、二氟乙酸乙酯或N，N’ 一二環乙基碳二正胺中的兩種或兩種以上的組合。
2.根據權利要求1所述磷酸鐵鋰動力電池的電解液的制備方法，其特征在于它按下述步驟進行(a)將兩種或兩種以上有機溶劑分別經過常壓精餾和減壓精餾提純至純度>99. 96%， 水分< IOppm的提純的有機溶劑，(b)在氬氣保護下，水分<lOppm，氧分< IOppm條件下，將(a)項提純的兩種或兩種以上的有機溶劑混合攪拌15分鐘，冷凍至-10 0°C，然后將12 15%六氟磷酸鋰緩慢的加入混合溶液中，再攪拌15分鐘，加入3 5%添加劑攪拌均勻，制成的電解液置入不銹鋼的鋼瓶中充高純氬氣抽真空置換三次，得到動力電池的電解液。
全文摘要
本發明涉及一種用于磷酸鐵鋰動力電池的電解液及制備方法，其特征在于它由六氟磷酸鋰、有機溶劑和添加劑組成，將有機溶劑經過常壓精餾和減壓精餾提純，在氬氣保護下，水分＜10ppm，氧分＜10ppm條件下，將提純的兩種或兩種以上的溶劑混合攪拌，冷凍，然后將12～15%六氟磷酸鋰緩慢的加入80～85%溶劑中，再攪拌，加入3～5%添加劑攪拌均勻，制成的電解液置入不銹鋼的鋼瓶中充高純氬氣抽真空置換三次，得到動力電池的電解液，該電解液具有導電率高，無毒或毒性較小，在低溫條件下有良好的容量保持率的優點及效果。
文檔編號H01M10/0567GK102437373SQ20111039276
公開日2012年5月2日 申請日期2011年12月1日 優先權日2011年12月1日
發明者喬秀珍, 張瑞東, 楊鳳娟, 路伯倩, 郭營軍 申請人:香河昆侖化學制品有限公司