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一种快充耐高温 电解液及制备方法

阅读：306发布：2020-05-12

专利汇可以提供一种快充耐高温电解液及制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种快充耐高温电解液及制备方法，包括十六烷基三甲基铵、丁基三甲基铵、双草酸硼酸锂、溶剂和添加剂；溶剂包括EC、DEC、PC，电解液中含有的溶剂的质量百分比为25-29％EC、37-45％DEC、6-8％PC；添加剂为VC或者PS中的一种或者多种；电解液中双草酸硼酸锂的浓度为0.45±0.1mol/L。本申请采用十六烷基三甲基铵、丁基三甲基铵和双草酸硼酸锂取代传统的LiPF6作为电解质，在室温下电解液完全由阴、阳离子构成的液态有机盐,具有导电性 ,分解电压大于常规电解质,在较宽的温度范围内不挥发和不易燃本；申请的电解液电导率高、力学性能较好,由于没有溶剂挥发和漏液等现象,可以使电池的安全性和稳定性得到提高；经过测试采用本申请电解液的锂离子聚合物电池能满足5C快充的要求。，下面是一种快充耐高温电解液及制备方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种快充耐高温电解液，其特征在于：包括十六烷基三甲基铵、丁基三甲基铵、双草酸硼酸锂、溶剂和添加剂；
所述溶剂包括EC、DEC、PC，所述电解液中含有的溶剂的质量百分比为25-29％EC、37-
45％DEC、6-8％PC；
所述添加剂为VC或者PS中的一种或者多种；
电解液中双草酸硼酸锂的浓度为0.45±0.1mol/L。
2.根据权利要求1所述的快充耐高温电解液，其特征在于：所述电解液中添加剂的质量百分比为：0.4-0.5％VC、0.9-1.1％PS。
3.根据权利要求1所述的快充耐高温电解液，其特征在于：所述电解液中十六烷基三甲基铵的质量百分比为5±0.5％，所述电解液中丁基三甲基铵的质量百分比为5±0.5％。
4.一种根据权利要求1-3快充耐高温电解液的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：
第一步，提纯，将EC、DEC、PC通过精馏或脱水进行提纯，对上述有机溶剂进行检测，检测纯度、水分、总醇含量，达标后进入下一步；
第二步，预混合，按照质量比25-29％EC、37-45％DEC、6-8％PC加入到反应釜混合，转速
300-500r/min，温度55-65℃，搅拌6小时，获得混合溶剂；
第三步，混合，将质量百分比为5％的双草酸硼酸锂加入到混合溶剂中，按照质量百分比0.4-0.5％VC、0.9-1.1％PS加入到混合溶剂中，转速300-500r/min，温度55-70℃，搅拌4小时，获得初步电解液；
第四步，脱水脱醇，将初步电解液进行脱水脱醇处理：将HMDS装入圆柱型的过滤装置中，在常温25±3℃的条件下，通过过滤可获得预处理电解液，检测其中痕量水和痕量醇残留量，水分含量要求≤20ppm，游离酸≤50PPM,符合标准后进入下一步；
第五步，配制，将质量百分比为5±0.5％十六烷基三甲基铵、5±0.5％丁基三甲基铵分别加入到预处理电解液，在反应釜中转速600-800r/min，温度50-70℃，搅拌8小时，获得电解液；
第六步，灌装密封，检测电解液中的痕量水残留量，水分含量要求≤20ppm，游离酸≤
50ppm,电导率≥7.0MS/CM,其他杂质含量：Hg≤1ppm，Cl≤1ppm；Fe,Pb≤5ppm；Na,K,Ca,SO4≤10ppm，符合标准后进行灌装，灌装完成后密封好入库。
5.一种锂电池制备方法，其特征在于：具体步骤如下：
第一步，制备正极片，正极片按钴酸锂：粘结剂：导电剂＝94.5-95.5％：1.5-1.8％：
2.5-3.5％的质量比，通过真空搅拌机混料得到正极浆料；
第二步，制备负极片，负极片按中间相炭微球：导电剂：悬浮剂：丙烯酸树脂＝94-
95.5％：1.5-2.5％：0.5-1.5％：3.0-3.5％的比例，通过真空搅拌机混料得到负极浆料；
第三步，制备电解液，根据权利要求4所述的快充耐高温电解液的制备方法，获得双草酸硼酸锂电解液；
第四步，涂布，涂布机按设计的工艺标准涂布-辊压-制片-卷绕-装配-烘烤-注双草酸硼酸锂电解液-化成-真空封口成型工序制成聚合物锂离子电芯；
第五步，化成，高温高压化成工艺：通过第一次恒流充电：
电流0.05C/时间60min，充电电量4.5-5％；第二次步恒流充电：电流0.2C/时间60min，充电电量24-25％；第三次步恒流充电：电流0.3C/时间120min，充电电量55-60％；
第六步，真空封口成型，电芯卸下化成柜进入0-10℃快充快放控制房进行急冷，使电解液回吸入电池内部，提高电池保液量，通过测量计算控制电芯电解液保液量,然后真空封口，急速冷冻可以让电池快速定型，电池平整度较好；
第七步,电池分容分档,高温测试,性能检测。
6.根据权利要求5所述的锂电池制备方法，其特征在于：所述正极片中钴酸锂的D50为
7-12um、比表面积：0.3-0.7m2/g、振实密度≥2.7g/cm3、克容量≥142mAh/g；
所述负极片中的中间相炭微球D50为10-18um、比表面积：2.5-3.2m2/g、振实密度≥
3
1.1g/cm、克容量≥450mAh/g；
所述隔离膜为油性单面陶瓷结构，其孔隙率为42-45％，膜的厚度≤12+4um。

说明书全文

一种快充耐高温电解液及制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及锂电池制备领域，具体涉及一种快充耐高温电解液及制备方法。

背景技术

[0002] 锂离子电池是一种二次电池(充电电池)，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。

[0003] 传统的聚合物锂电池分类有常规容量型电芯，高温电芯和倍率电芯等等，常规电池只能在容量密度上得以实现，但对大电流充电方式的快速充电却无法实现，只能支持0.5～1C小倍率充电方式，充电时间比较长；高温电芯是支持电池在温度80度以上的条件下能正常工作，电池不会胀气鼓包，但是在常温或低温条件下，由于所用电解液选择的溶剂沸点较高，黏度较大，相对介电常数较小等特点，电池内阻比较大，无法支持大电流充放电，电池极片容易极化，容量也无法正常发挥。倍率电池是电池支持大电池放电，由于所用电解液选择的溶剂沸点较低，黏度较小，相对介电常数较大，电导率高等特点，电池内阻比较小，极片需要更大的比表接触面积，隔膜需要更大的孔隙率，电池的能量密度比较低。所以常规普通电池性能与快充性能二者兼容性比较差，高温条件下，倍率电池和快充技术不可兼得。

发明内容

[0004] 针对上述问题，本发明旨在提供一种安全稳定、满足快充要求的快充耐高温电解液及制备方法。

[0005] 为实现该技术目的，本发明的方案是：一种快充耐高温电解液，包括十六烷基三甲基铵、丁基三甲基铵、双草酸硼酸锂、溶剂和添加剂；

[0006] 所述溶剂包括EC、DEC、PC，所述电解液中含有的溶剂的质量百分比为25-29％EC、37-45％DEC、6-8％PC；

[0007] 所述添加剂为VC或者PS中的一种或者多种；

[0008] 电解液中双草酸硼酸锂的浓度为0.45±0.1mol/L。

[0009] 作为优选，所述电解液中添加剂的质量百分比为：0.4-0.5％VC、 0.9-1.1％PS。

[0010] 作为优选，所述电解液中十六烷基三甲基铵的质量百分比为 5±0.5％，所述电解液中丁基三甲基铵的质量百分比为5±0.5％。

[0011] 一种快充耐高温电解液的制备方法，具体步骤如下：

[0012] 第一步，提纯，将EC、DEC、PC通过精馏或脱水进行提纯，对上述有机溶剂进行检测，检测纯度、水分、总醇含量，达标后进入下一步；

[0013] 第二步，预混合，按照质量比25-29％EC、37-45％DEC、6-8％PC加入到反应釜混合，转速300-500r/min，温度55-65℃，搅拌6小时，获得混合溶剂；

[0014] 第三步，混合，将质量百分比为5％的双草酸硼酸锂加入到混合溶剂中，按照质量百分比0.4-0.5％VC、0.9-1.1％PS加入到混合溶剂中，转速300-500r/min，温度55-70℃，搅拌4小时，获得初步电解液；

[0015] 第四步，脱水脱醇，将初步电解液进行脱水脱醇处理：将HMDS 装入圆柱型的过滤装置中，在常温25±3℃的条件下，通过过滤可获得预处理电解液，检测其中痕量水和痕量醇残留量，水分含量要求≤ 20ppm，游离酸≤50PPM,符合标准后进入下一步；

[0016] 第五步，配制，将质量百分比为5±0.5％十六烷基三甲基铵、 5±0.5％丁基三甲基铵分别加入到预处理电解液，在反应釜中转速 600-800r/min，温度50-70℃，搅拌8小时，获得电解液；

[0017] 第六步，灌装密封，检测电解液中的痕量水残留量，水分含量要求≤20ppm，游离酸≤50ppm,电导率≥7.0MS/CM,其他杂质含量：Hg ≤1ppm，Cl≤1ppm；Fe,Pb≤5ppm；Na,K,Ca,SO4≤10ppm，符合标准后进行灌装，灌装完成后密封好入库。

[0018] 一种锂电池制备方法，具体步骤如下：

[0019] 第一步，制备正极片，正极片按钴酸锂：粘结剂：导电剂＝ 94.5-95.5％：1.5-1.8％：2.5-3.5％的质量比，通过真空搅拌机混料得到正极浆料；

[0020] 第二步，制备负极片，负极片按中间相炭微球：导电剂：悬浮剂：丙烯酸树脂＝94-95.5％：1.5-2.5％：0.5-1.5％：3.0-3.5％的比例，通过真空搅拌机混料得到负极浆料；

[0021] 第三步，制备电解液，根据所述的快充耐高温电解液的制备方法，获得双草酸硼酸锂电解液；

[0022] 第四步，涂布，涂布机按设计的工艺标准涂布-辊压-制片-卷绕 -装配-烘烤-注双草酸硼酸锂电解液-化成-真空封口成型工序制成聚合物锂离子电芯；

[0023] 第五步，化成，高温高压化成工艺：通过第一次恒流充电：

[0024] 电流0.05C/时间60min，充电电量4.5-5％；第二次步恒流充电：电流0.2C/时间60min，充电电量24-25％；第三次步恒流充电：电流 0.3C/时间120min，充电电量55-60％；

[0025] 第六步，真空封口成型，电芯卸下化成柜进入0-10℃快充快放控制房进行急冷，使电解液回吸入电池内部，提高电池保液量，通过测量计算控制电芯电解液保液量,然后真空封口，急速冷冻可以让电池快速定型，电池平整度较好；

[0026] 第七步,电池分容分档,高温测试,性能检测。

[0027] 作为优选，所述正极片中钴酸锂的D50为7-12um、比表面积： 0.3-0.7m2/g、振实密度≥2.7g/cm3、克容量≥142mAh/g；

[0028] 所述负极片中的中间相炭微球D50为10-18um、比表面积： 2.5-3.2m2/g、振实密度≥1.1g/cm3、克容量≥450mAh/g；

[0029] 所述隔离膜为油性单面陶瓷结构，其孔隙率为42-45％，膜的厚度≤12+4um。

[0030] 本发明的有益效果，本申请采用十六烷基三甲基铵、丁基三甲基铵和双草酸硼酸锂取代传统的LiPF6作为电解质，在室温下电解液完全由阴、阳离子构成的液态有机盐,具有导电性,分解电压大于常规电解质,在较宽的温度范围内不挥发和不易燃本；申请的电解液电导率高、力学性能较好,由于没有溶剂挥发和漏液等现象,可以使电池的安全性和稳定性得到提高；经过测试采用本申请电解液的锂离子聚合物电池能满足5C快充的要求。

具体实施方式

[0031] 下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。

[0032] 本发明所述的具体实施例为一种快充耐高温电解液，包括十六烷基三甲基铵、丁基三甲基铵、双草酸硼酸锂、溶剂和添加剂；

[0033] 所述溶剂包括EC、DEC、PC，所述电解液中含有的溶剂的质量百分比为25-29％EC、37-45％DEC、6-8％PC；

[0034] 所述添加剂为VC或者PS中的一种或者多种；

[0035] 电解液中双草酸硼酸锂的浓度为0.45±0.1mol/L，其质量百分比为5％。

[0036] 所述电解液中添加剂的质量百分比为：0.4-0.5％VC、0.9-1.1％PS。

[0037] 所述电解液中十六烷基三甲基铵的质量百分比为5±0.5％，所述电解液中丁基三甲基铵的质量百分比为5±0.5％。

[0038] 一种快充耐高温电解液的制备方法，具体步骤如下：

[0039] 第一步，提纯，将EC、DEC、PC通过精馏或脱水进行提纯，对上述有机溶剂进行检测，检测纯度、水分、总醇含量，达标后进入下一步；

[0040] 第二步，预混合，按照质量比25-29％EC、37-45％DEC、6-8％PC加入到反应釜混合，转速300-500r/min，温度55-65℃，搅拌6小时，获得混合溶剂；

[0041] 第三步，混合，将质量百分比为5％的双草酸硼酸锂加入到混合溶剂中，按照质量百分比0.4-0.5％VC、0.9-1.1％PS加入到混合溶剂中，转速300-500r/min，温度55-70℃，搅拌4小时，获得初步电解液；

[0042] 第四步，脱水脱醇，将初步电解液进行脱水脱醇处理：将六甲基二硅胺烷(HMDS)装入圆柱型的过滤装置中，在常温25±3℃的条件下，通过过滤可获得预处理电解液，检测其中痕量水和痕量醇残留量，水分含量要求≤20ppm，游离酸≤50PPM,符合标准后进入下一步；

[0043] 第五步，配制，将质量百分比为5±0.5％十六烷基三甲基铵、 5±0.5％丁基三甲基铵分别加入到预处理电解液，在反应釜中转速 600-800r/min，温度50-70℃，搅拌8小时，获得电解液；

[0044] 第六步，灌装密封，检测电解液中的痕量水残留量，水分含量要求≤20ppm，游离酸≤50ppm,电导率≥7.0MS/CM,其他杂质含量：Hg ≤1ppm，Cl≤1ppm；Fe,Pb≤5ppm；Na,K,Ca,SO4≤10ppm，符合标准后进行灌装，灌装完成后密封好入库。

[0045] 一种锂电池制备方法，具体步骤如下：

[0046] 第一步，制备正极片，正极片按钴酸锂：粘结剂：导电剂＝ 94.5-95.5％：1.5-1.8％：2.5-3.5％的质量比，通过真空搅拌机混料得到正极浆料；

[0047] 第二步，制备负极片，负极片按中间相炭微球：导电剂：悬浮剂：丙烯酸树脂＝94-95.5％：1.5-2.5％：0.5-1.5％：3.0-3.5％的比例，通过真空搅拌机混料得到负极浆料；

[0048] 第三步，制备电解液，根据所述的快充耐高温电解液的制备方法，获得双草酸硼酸锂电解液；

[0049] 第四步，涂布，涂布机按设计的工艺标准涂布-辊压-制片-卷绕-装配-烘烤-注双草酸硼酸锂电解液-化成-真空封口成型工序制成聚合物锂离子电芯；

[0050] 第五步，化成，高温高压化成工艺：通过第一次恒流充电：

[0051] 电流0.05C/时间60min，充电电量4.5-5％；第二次步恒流充电：电流0.2C/时间60min，充电电量24-25％；第三次步恒流充电：电流 0.3C/时间120min，充电电量55-60％；

[0052] 第六步，真空封口成型，电芯卸下化成柜进入0-10℃快充快放控制房进行急冷，使电解液回吸入电池内部，提高电池保液量，通过测量计算控制电芯电解液保液量,然后真空封口，急速冷冻可以让电池快速定型，电池平整度较好；

[0053] 第七步,电池分容分档,高温测试,性能检测。

[0054] 所述正极片中钴酸锂的D50为7-12um、比表面积：0.3-0.7m2/g、振实密度≥2.7g/cm3、克容量≥142mAh/g；

[0055] 所述负极片中的中间相炭微球D50为10-18um、比表面积： 2.5-3.2m2/g、振实密度3
≥1.1g/cm、克容量≥450mAh/g；

[0056] 所述隔离膜为油性单面陶瓷结构，其孔隙率为42-45％，膜的厚度≤12+4um。

[0057] 正极片中的粘结剂为PVDF，导电剂为采用2-10层的石墨烯导电剂；负极片中的分散剂为CMC，粘结剂为SBR。

[0058] 所有材料代码，都是行业标准，具体代指如下PVDF：聚偏氟乙烯、CMC：羧甲基纤维素钠、SBR：丁苯橡胶、EC：碳酸乙烯酯、PC：碳酸丙烯酯、DEC：碳酸二乙酯、VC：碳酸亚乙烯酯、PS：亚硫酸丙烯酯、HMDS：六甲基二硅胺烷。

[0059] 下面就实施例1跟常规电解液及电池进行对比说明：

[0060] 按照质量比26％EC、39％DEC、7％PC加入到反应釜混合，转速 450r/min，温度60℃，搅拌6小时。将质量百分比为5％的双草酸硼酸锂加入到混合溶剂中，按照质量百分比0.5％VC、1.0％PS加入到混合溶剂中，转速45r/min，温度60℃，搅拌4小时；脱水脱醇后，将质量百分比为5.0％十六烷基三甲基铵、5.0％丁基三甲基铵分别加入到预处理电解液，在反应釜中转速700r/min，温度60℃，搅拌8小时，获得电解液A。

[0061] 将质量比95.2％钴酸锂、1.6％粘结剂、3.2％导电剂通过真空搅拌机混料得到正极浆料。将质量比94.4％中间相炭微球、1.8％导电剂、 0.8％悬浮剂、3.0％丙烯酸树脂通过真空搅拌机混料得到负极浆料。涂布机按设计的工艺标准涂布-辊压-制片-卷绕-装配-烘烤-注双草酸硼酸锂电解液A-化成-真空封口成型工序制成聚合物锂离子电芯。高温高压化成工艺：通过第一次恒流充电：电流0.05C/时间60min，充电电量4.5％；第二次步恒流充电：电流0.2C/时间60min，充电电量 24.5％；第三次步恒流充电：电流0.3C/时间120min，充电电量60％。真空封口成型，电芯卸下化成柜进入5℃快充快放控制房进行急冷，电池分容分档,高温测试,性能检测。

[0062] 电解液理化对比如下：

[0063]项目 LiPF6电解液实施例1的电解液A
电解质含量 13～16％ 14～15％
水分含量 6PPM 5PPM
游离酸(HF计) 23PPM 12PPM
电导率(25℃) 7.5/cm 10.3ms/cm
密度(25℃) 1.186g/cm3 1.12g/cm3

[0064] 电池特性对比如下：

[0065]

[0066] 电池内部的散热速率，也是影响倍率性能的一个重要因素。如果散热速率慢，大倍率充放电时所积累的热量无法传递出去，会影响锂离子电池的可靠性和寿命。本申请的双草酸硼酸锂电解液能够在不影响电芯寿命和可靠性的前提下，加速锂离子在正负极移动的速度，提高充电效率。采用本申请电解液的锂电池主要特点是快速充电特性, 电池稳定性高,可靠性强,循环性能好等优点。

[0067] 本申请采用十六烷基三甲基铵、丁基三甲基铵和双草酸硼酸锂取代传统的LiPF6作为电解质。本申请的双草酸硼酸锂电解液在室温下完全由阴、阳离子构成的液态有机盐,具有导电性,分解电压大于常规电解质(也称室温熔融盐),在较宽的温度范围内不挥发和不易燃。

[0068] 本申请的双草酸硼酸锂电解液具有电导率高、力学性能较好,由于没有易挥发溶剂挥发和漏液等现象,可以使电池的安全性和稳定性得到提高。本申请的双草酸硼酸锂电解液作为一类新型聚合物电解质，经过实验证明，其做成的锂离子聚合物电池，可进行“5C”充电，充电过程仅用时7分30秒就完成了20％至80％的充电，而20％到 100％的充电，也仅耗时13分30秒。

[0069] 以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。

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