电池电解液及其制备方法、锂电池与流程

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种电池电解液及其制备方法、锂电池。

背景技术：

目前，锂电池已广泛应用于电动工具、电动汽车、电网储能等各种领域，市场除对其容量、内阻、安全等常规性能重点关注之外，对其循环性能的要求也越来越高。循环性能是指测试样品多次充放电循环之后的容量保持率，环境温度在电池日常使用中随处可见，与电池使用寿命息息相关。目前，技术人员主要通过材料改性、优化工艺设计参数等诸多方式来改善此性能，有较大效果。但是随着终端用电设备的耐久性不断提高，以上改善循环性能的方式仍然不能完全满足市场的需要，需进一步改进。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，提供一种改善电池的循环性能的电池电解液及其制备方法，以及使用该电解液的锂电池。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种电池电解液，包括原料及其质量百分比如下：锂盐13-13.5％、添加剂1-8.5％，其余为三元有机溶剂；

所述添加剂包括碳酸亚乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、亚硫酸亚乙酯、氟代碳酸乙烯酯中的两种或以上。

优选地，所述碳酸亚乙烯酯的质量百分比为0.5-2％，所述亚硫酸丙烯酯的质量百分比为0.5-2％，所述亚硫酸亚乙酯的质量百分比为0.5-1.5％，所述氟代碳酸乙烯酯的质量百分比为1-3％。

优选地，所述锂盐为LiPF6和/或LiFSI。

优选地，所述三元有机溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸二已酯、碳酸二甲酯中的一种或多种。

优选地，所述三元有机溶剂中，碳酸乙烯酯、碳酸二已酯及碳酸二甲酯的质量比例为3：2：5。

优选地，所述电解液在水份含量小于1ppm、氧含量小于1ppm、真空度大于100pa的真空环境内配制而成。

优选地，所述真空环境为真空手套箱。

本发明还提供一种电池电解液的制备方法，包括如下步骤：

S1、按各原料的质量百分比称取锂盐、添加剂和三元有机溶剂；

S2、将三元有机溶剂冷冻后，依次加入锂盐和添加剂，混合获得电解液；

步骤S1、S2均在水份含量小于1ppm、氧含量小于1ppm、真空度大于100pa的真空环境中进行。

优选地，步骤S1中，将所述三元有机溶剂在-10℃至10℃下冷冻至少30分钟。

优选地，以质量百分比算，所述添加剂包括以下至少两种：0.5-2％碳酸亚乙烯酯，0.5-2％亚硫酸丙烯酯，0.5-1.5％亚硫酸亚乙酯，1-3％氟代碳酸乙烯酯。

优选地，所述三元有机溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸二已酯、碳酸二甲酯中的一种或多种。

本发明还提供一种锂电池，包括以上任一项所述的电解液。

本发明的有益效果：通过添加剂的种类及其质量百分比的设计，配合锂盐等其他原料制成的电解液，可改善电池的循环性能(2000次以上循环容量保持率≧80％以上)，解决现有低成本电池寿命大多不长的问题。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明中实施例1-3常温1C充放循环性能曲线图；

图2是本发明中实施例4、5的18650-2.2AH 1C充放电循环曲线图；

图3是本发明中实施例6、7的18650-2.2AH 1C充放电循环曲线图。

具体实施方式

本发明一实施例的电池电解液，包括原料及其质量百分比如下：锂盐13-13.5％、添加剂1-8.5％，其余为三元有机溶剂。

其中，添加剂包括碳酸亚乙烯酯(VC)、亚硫酸丙烯酯(PS)、亚硫酸亚乙酯(ES)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)中的两种或以上。

优选地，碳酸亚乙烯酯的质量百分比为0.5-2％，亚硫酸丙烯酯的质量百分比为0.5-2％，亚硫酸亚乙酯的质量百分比为0.5-1.5％，氟代碳酸乙烯酯的质量百分比为1-3％；按需要选择其中至少两种。

锂盐为LiPF6(六氟磷酸锂)和/或LiFSI(双氟黄酰亚胺锂)。

三元有机溶剂包括碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二已酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)中的一种或多种。三元有机溶剂优选采用以上三种，并且碳酸乙烯酯、碳酸二已酯及碳酸二甲酯的质量比例为3：2：5。

该电解液需要在水份含量小于1ppm、氧含量小于1ppm、真空度大于100pa的真空环境内配制而成。真空环境为真空手套箱。

本发明的电池电解液的制备方法，可包括如下步骤：

S1、按各原料的质量百分比称取锂盐、添加剂和三元有机溶剂；

S2、将三元有机溶剂冷冻后，依次加入锂盐和添加剂，混合获得电解液。

步骤S1、S2均在水份含量小于1ppm、氧含量小于1ppm、真空度大于100pa的真空环境中进行。

进一步地，步骤S1中，将三元有机溶剂在-10℃至10℃下冷冻至少30分钟。三元有机溶剂在冷冻前，还经过预处理、精馏(或脱水、脱醇)、均质等处理。

优选地，以质量百分比算，步骤S1称取的添加剂包括0.5-2％碳酸亚乙烯酯、0.5-2％亚硫酸丙烯酯、0.5-1.5％亚硫酸亚乙酯以及1-3％氟代碳酸乙烯酯中的至少两种。

称取的三元有机溶剂中，碳酸乙烯酯、碳酸二已酯及碳酸二甲酯的质量比例为3：2：5。

进一步地，步骤S2中，将各原料混合后，在滚筒机上均匀混合1至2h。

获得电解液后，取样测试分析粘度、水份、HF、电导率、密度及锂盐浓度等指标(1mol/L LiPF/(EC+EMC+DMC)，EC、EMC、DMC质量比为1:1:1)。

将制得的电解液注入到18650型电池(人造石墨/LiMnNiO₄)中，使用二次锂离子电池性能检测装置测定上述组装的电池的循环性能，测试条件是恒流下以0.5C充电/1C放电，从2.75～4.2V进行充放电循环测试。

本发明的电解液中，锂电极即使在较高的放电速率下，在其表面也能形成非常光滑、均匀致密的SEI膜。这主要是由于电解液中锂盐、有机溶剂以及加入的添加剂都是具有高弹性的组分，可増加SEI膜的粘结力和韧性，使之能够适应充放电过程中锂电极形态的变化，从而使电池能够得到较好的循环效率。

本发明一实施例的锂电池，包括上述的电解液。通过上述电解液的锂电池，循环性能得到很好的改善，解决现有低成本电池寿命大多不长的问题。该锂电池可用于电动汽车。

以下通过具体实施例来对本发明作进一步说明。

以NMC523/人造石墨为例，按照表1的原料份数制作电池电解液及电池并测试其性能。

表1.原料及对应含量

其中，三元有机溶剂按对应的比例(3：2：5)称取。添加剂分别按各质量百分比的范围进行组合添加，ES：0.5wt％～1.5wt％,VC：0.5wt％～2wt％，PS：0.5wt％～2wt％。

按照实施例1-3的电解液制作18650-2200mAh电池后，进行充放电循环测试(使用二次锂离子电池性能检测装置测定)。

循环制度为：

一、充电步骤：

1C恒流恒压充电至4.2V；截止电流0.02C。

二、放电步骤：

1C恒电流放电至2.75V。

三、测试结果：

1C充放循环500次以上放电容量保持率≧90％。

实施例1-3的电池的常温循环性能曲线图如图1所示。

以NMC523/人造石墨为例，按照表2的原料份数制作电池电解液及电池并测试其性能。

表2.原料及对应含量

其中，三元有机溶剂按对应的比例(3：2：5)称取。

按照实施例4、5的电解液制作18650-2200mAh电池后，进行充放电循环测试。

循环制度为：

一、充电步骤：

1C恒流恒压充电至4.2V；截止电流0.02C。

二、放电步骤：

1C恒电流放电至2.75V。

三、测试结果：

1C充放循环1600次以上放电容量保持率≧80％。

实施例4、5的电池的常温循环性能如图2所示。

以NMC523/人造石墨为例，按照表3的原料份数制作电池电解液及电池并测试其性能。

表3.原料及对应含量

其中，三元有机溶剂按对应的比例(3：2：5)称取。

按照实施例6、7的电解液制作18650-2200mAh电池后，进行充放电循环测试。

循环制度为：

一、充电步骤：

1C恒流恒压充电至4.2V；截止电流0.02C。

二、放电步骤：

1C恒电流放电至2.75V。

三、测试结果：

1C充放循环2000次以上放电容量保持率≧90％。

实施例6、7的电池的常温循环性能如图3所示。

综上所述，采用本发明的电解液制作的锂电池，循环性能得到显著改善，综合效果：2000次循环容量保持率≧80％，循环性能提升明显。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。