一种锰酸锂倍率锂离子电池电解液及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锰酸锂倍率锂离子电池电解液及其制备方法,属于锂离子电池技术领域，该电解液主要由以下质量分数的组分制成：锂盐12％～14％、有机溶剂83％～85％和添加剂3％～5％，所述添加剂包括碳酸亚乙烯酯、1,3‑丙烷磺酸内酯、1,2－二氟甲基硅乙烷和甲苯磺酰基异氰酸酯。其具有优良的电化学性能，快充性能好。2C充电容量比例为86.86％‑88.34％；常温倍率3C循环520周，放电容量保持率为92.56％‑93.41％左右；在常温倍率1C循环1500周，放电容量保持率为84.39％‑86.71％左右；在‑20℃倍率1C循环315周，放电容量保持率为77.12％‑78.22％左右。该电解液的制备方法工艺简单，生产方便，生产效率高，生产出来的产品质量好。

An electrolyte and its preparation method of lithium manganate rate lithium ion battery

【技术实现步骤摘要】
一种锰酸锂倍率锂离子电池电解液及其制备方法
本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种锰酸锂倍率锂离子电池电解液及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池具有能量密度高、循环性能好、储存时间长、自放电小等优点，作为理想的储能装置有望逐步替代传统储能装置，如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池。锂离子电池主要由正极材料、负极材料、电解液和隔膜组成。目前，研究较多的正极材料是锰系、镍系、钴系、钒系等材料。锰酸锂(LiMn2O4，简写为LMO)，LMO具有立方形尖晶石结构，具有热稳定性好、理论容量高(148mAh/g)、倍率性能优异、价格低廉等优点，是目前最有前途的动力电池材料之一考虑到成本及现有电池制备工艺等因素，由碳酸酯类有机溶剂和六氟磷酸锂(LiPF6)组成的液态电解质在近期数年内仍将是动力电池的首选，但如此常规电解液易氧化分解生成酸，进而引发锰离子溶解，破坏晶体结构，导致LMO循环稳定性能和高温性能变差。
技术实现思路
本专利技术实施方式的目的在于提供一种锰酸锂倍率锂离子电池电解液，其稳定性好，能够在较宽的温度范围内放电。本专利技术实施方式的另一个目的在于提供一种锰酸锂倍率锂离子电池电解液的制备方法，其工艺简单，生产方便，生产效率高，生产出来的产品质量好。本专利技术的实施方式是这样实现的：本专利技术的实施方式提供了一种锰酸锂倍率锂离子电池电解液，主要由以下质量分数的组分制成：锂盐12％～14％、有机溶剂83％～85％和添加剂3％～5％，所述添加剂包括碳酸亚乙烯酯、1,3-丙烷磺酸内酯、1,2－二氟甲基硅乙烷和甲苯磺酰基异氰酸酯。进一步的，主要由以下质量分数的组分制成：锂盐13％、有机溶剂83％和添加剂4％。进一步的，所述添加剂中的碳酸亚乙烯酯、1,3-丙烷磺酸内酯、1,2－二氟甲基硅乙烷和甲苯磺酰基异氰酸酯的质量比为3～5：2～3：2～3：2～3。进一步的，所述添加剂中的碳酸亚乙烯酯、1,3-丙烷磺酸内酯、1,2－二氟甲基硅乙烷和甲苯磺酰基异氰酸酯的质量比为3：2：2：2。进一步的，所述有机溶剂主要由碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯和碳酸乙烯酯按质量比5～7：5～7：4～5混合制成。进一步的，所述有机溶剂中碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯和碳酸乙烯酯的质量比为6：6：5。本专利技术的实施方式还提供了一种锰酸锂倍率锂离子电池电解液的制备方法，包括以下步骤：S1:将碳酸乙烯酯化料，并将化料好的碳酸乙烯酯溶剂在氮气的保护下转移到原料罐内；S2：将各原料罐内的溶剂分别输送到提纯设备内进行纯化处理，然后将提纯处理后的溶剂分别输送到不同的高纯原料罐内；S3：依次将高纯原料罐内的碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯和碳酸乙烯酯加入到反应釜内混合均匀；S4：对反应釜进行冷却，再将锂盐加入到反应釜内；S5：向反应釜内加入添加剂，然后将反应釜内的物料搅拌均匀，从而制成电解液；S6：将反应釜内制成的电解液转移至成品罐内存储。进一步的，在S1步骤中，碳酸乙烯酯在60～70℃条件下化料5～7小时。进一步的，在S4步骤中，反应釜内的温度冷却至2℃以下。进一步的，在S1步骤中，原料罐的压力调节为-0.15～-0.1Mpa；在S2步骤中，原料罐的压力调节为0.1～0.15Mpa，提纯设备和高纯原料罐的压力调节为0.01～0.02Mpa；在S3步骤中，高纯原料罐的压力调节为0.1～0.15Mpa；反应釜的压力调节为0.02～0.03Mpa；在S4步骤中，反应釜的压力调节为0.15～0.02Mpa；在S6步骤中，反应釜压力调节为0.04～0.05Mpa，成品罐压力调节为0.01～0.02Mpa。本专利技术中添加剂中各成分的技术指标如下：碳酸亚乙烯酯：纯度≥99.95％、色度≤20hazen、水分≤10ppm；1,3-丙烷磺酸内酯：纯度≥99.95％、色度≤20hazen、水分≤50ppm、酸度≤50ppm；1,2－二氟甲基硅乙烷：纯度≥98.0％；甲苯磺酰基异氰酸酯：纯度≥96.0％、色度≤50Hazen。本专利技术中1,2－二氟甲基硅乙烷的结构式如下：甲苯磺酰基异氰酸酯的结构式如下：本专利技术的有益效果为：本专利技术实施方式提供的锰酸锂倍率锂离子电池电解液，其具有优良的电化学性能，快充性能好。2C充电容量比例为86.86％-88.34％；常温倍率3C循环520周，放电容量保持率为92.56％-93.41％左右；在常温倍率1C循环1500周，放电容量保持率为84.39％-86.71％左右；在-20℃倍率1C循环315周，放电容量保持率为77.12％-78.22％左右。本专利技术实施方式提供的锰酸锂倍率锂离子电池电解液的制备方法，其工艺简单，生产方便，生产效率高，生产出来的产品质量好。具体实施方式为使本专利技术实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本专利技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。实施例1本专利技术实施例一提供了一种锰酸锂倍率锂离子电池电解液，主要由以下质量分数的组分制成：锂盐13％、有机溶剂83％和添加剂4％。本实施例中，锂盐为六氟磷酸锂(LiPF6)，其浓度为1mol/L。有机溶剂由碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)和碳酸乙烯酯(EC)混合均匀制成，碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯和碳酸乙烯酯的质量用量比为6：6：5。碳酸酯类溶剂电化学稳定性好，氧化电位高，绿色环保，成本低。其中，碳酸乙烯酯是环状碳酸酯，具有极高的介电常数，可显著提高锂盐在有机溶剂中的溶解度.且碳酸乙烯酯与锂离子电池石墨负极的相容性好，能够在负极表面形成良好的SEI膜，大大提高锂离子电池的循环性能和使用寿命。碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯为链状碳酸酯，粘度低，可显著提高锂离子电解液的电导率，且碳酸二甲酯的熔点为4℃，碳酸甲乙酯的熔点为-55℃，熔点低，在室温下即为液态，生产使用方便。将环状碳酸乙烯酯与链状碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯混合使用能够较好地满足锂离子电池工作温度范围、电导率等多方面的要求。添加剂由碳酸亚乙烯酯(VC)、1,3-丙烷磺酸内酯(1,3-PS)、1,2－二氟甲基硅乙烷(FSE)和甲苯磺酰基异氰酸酯(PTSI)混合均匀制成，碳酸亚乙烯酯、1,3-丙烷磺酸内酯、1,2－二氟甲基硅乙烷和甲苯磺酰基异氰酸酯的质量用量比为3：2：2：2。其中，碳酸亚乙烯酯作为有机成膜添加剂与过充电保护添加剂，具有良好的高低温性能与防气胀功能，可以提高电池在高低温环境下的容量与循环寿命。1,3-丙烷磺酸内酯可在正极成膜，抑制高温产气。1,2－二氟甲基硅乙烷可分解形成含硅和含氟薄层，沉积在石墨负极表面，在高温循环和储存过程中能够有效地保护石墨负极。含硅和含氟的表面层抑制了Mn2+的溶解和沉积，防止由于表面电解液的过度分解而产生的自放电，从而本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锰酸锂倍率锂离子电池电解液，其特征在于：主要由以下质量分数的组分制成：锂盐12％～14％、有机溶剂83％～85％和添加剂3％～5％，所述添加剂包括碳酸亚乙烯酯、1,3-丙烷磺酸内酯、1,2－二氟甲基硅乙烷和甲苯磺酰基异氰酸酯。/n

【技术特征摘要】
1.一种锰酸锂倍率锂离子电池电解液，其特征在于：主要由以下质量分数的组分制成：锂盐12％～14％、有机溶剂83％～85％和添加剂3％～5％，所述添加剂包括碳酸亚乙烯酯、1,3-丙烷磺酸内酯、1,2－二氟甲基硅乙烷和甲苯磺酰基异氰酸酯。


2.根据权利要求1所述的锰酸锂倍率锂离子电池电解液，其特征在于：主要由以下质量分数的组分制成：锂盐13％、有机溶剂83％和添加剂4％。


3.根据权利要求1或2所述的锰酸锂倍率锂离子电池电解液，其特征在于：所述添加剂中的碳酸亚乙烯酯、1,3-丙烷磺酸内酯、1,2－二氟甲基硅乙烷和甲苯磺酰基异氰酸酯的质量比为3～5：2～3：2～3：2～3。


4.根据权利要求3所述的锰酸锂倍率锂离子电池电解液，其特征在于：所述添加剂中的碳酸亚乙烯酯、1,3-丙烷磺酸内酯、1,2－二氟甲基硅乙烷和甲苯磺酰基异氰酸酯的质量比为3：2：2：2。


5.根据权利要求1或2所述的锰酸锂倍率锂离子电池电解液，其特征在于：所述有机溶剂主要由碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯和碳酸乙烯酯按质量比5～7：5～7：4～5混合制成。


6.根据权利要求5所述的锰酸锂倍率锂离子电池电解液，其特征在于：所述有机溶剂中碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯和碳酸乙烯酯的质量比为6：6：5。


7.一种制备权利要求1-6中任意一项所述的锰酸锂倍率锂离子电池电解液的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
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【专利技术属性】
技术研发人员：邵俊华，孔东波，王亚洲，王郝为，雍明阳，宋东亮，韩飞，张利娟，郭飞，乔文忠，
申请(专利权)人：河南省法恩莱特新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41