一种石墨烯锂离子电池电解液的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种提高锂离子电池石墨烯锂离子性 能石墨烯锂离子电池电解液。
【背景技术】
[0002] 锂离子电池由于能量密度大、工作电压高、循环长寿命长、高功率、环境友好等优 点，成为目前新能源领域研究的热点。随着锂离子电池的迅猛发展以及电动汽车对大容量 锂离子电池的需求，迫切需要开发具有高安全性、高容量、高功率，长寿命及环保的锂离子 动力电池。磷酸铁锂动力电池具有工作电压高、比容量高、循环寿命长，价格低廉及环境友 好等优点，逐渐在锂离子动力电池市场占据主导地位。
[0003] 电解液作为电池的重要组成部分，在锂离子电池的正、负极之间起着输送锂离子 的作用，号称锂离子电池的"血液"。它对电池的比容量、工作温度范围、循环效率和安全性 能等至关重要的作用；选择合适的电解液是获得高能量密度、长循环寿命和安全性良好的 锂离子二次电池的关键，因此在开发出满足磷酸铁锂动力电池需求的电解液非常重要；目 前磷酸铁锂动力电池存在高温下容量损失迅速，循环性能差，不能满足动力电池经常处于 高温(大于45°C )条件下工作的需要；为满足上述需求，开发满足磷酸铁锂动力电池在高温 条件下工作的电解液，高温电解液的开发倾向于优化溶剂的组成及加入合适的添加剂，从 而提尚电解液的尚压下、耐氧化、耐尚温性能，提尚锂·尚子电池在尚压下的循环性能。
[0004] 中国专利公布号CN 102324563 A，公布日2012年1月18日，名称为锂离子电池电 解液及锂离子电池，该申请案公开了锂离子电池电解液以及使用该电解液的锂离子电池， 所述电解液各组分重量份分别为：锂盐10份，有机溶剂55-80份，添加剂0. 4-2份；其中锂 盐为六氟磷酸锂，有机溶剂为乙烯碳酸酯和二乙基碳酸酯，添加剂包括六甲基二硅胺烷。其 不足之处在于，锂离子电池在高温环境下容量损失迅速，循环性能差。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于为了解决现有锂离子电池在高温环境下容量损失迅速，循环性 能差的缺陷而提供一种有利于提高锂离子电池高压性能的石墨烯锂离子电池电解液。
[0006] 为了实现上述目地，本发明采用以下技术方案： 一种石墨烯锂离子电池电解液，包括锂盐与非水有机溶剂，所述石墨烯锂离子电池电 解液还包括添加剂，所述添加剂由以下以电解液总重量为基准的成分组成：5-6. 5%的六甲 基二硅胺烷、〇. 5-3. 5%的八甲基环四硅氧烷、4. 5-8. 5%的石墨烯及0. 3-5. 3%的维生素 E。 在本技术方案中，六甲基二硅胺烷的加入在充放电过程会吸附的铅电极表面，氢离子不容 易获得电子而生成中性的氢分子，相当于提高氢的析出电位，可以减少氢的析出。在较大倍 率放电条件下，其在电解液中的作用是加快了液相传质过程，有效地改善放电终期离子的 导电能力，有利于活性物质的进一步利用和电池容量的增加。
[0007] 维生素 E的加入可以让电解液在储存环境恶劣的情况下，仍然保持其优异的稳定 性。
[0008] 石墨烯的结构可以理解为单层的石墨，因此具有极其优良的导电性，其中电子的 运动速度达到了光速的1/300,同时石墨烯独特的二维纳米层状结构以及巨大的比表面积。
[0009] 添加八甲基环四硅氧烷可以有效清除电解液体系中及游离到正极表面的腐蚀性 物质，添加的八甲基环四硅氧烷能够在化成过程中在正极界面上形成致密的SEI膜，从而 起到保护正极活性物质组分的作用，从而显著提高含有该电解液的锂离子电池在高电压下 的高温循环性能。
[0010] 作为优选，电解质为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂或LiAsF6*的一种，电解液中电解质 的浓度为 I. 7-2. 35mol/L。
[0011] 作为优选，所述非水溶剂选自环状碳酸酯、链状碳酸酯或上述两种化合物的混合 物。
[0012] 作为优选，所述石墨烯锂离子电池电解液是由以下步骤制得：将锂盐在磁场效应 下溶于非水有机溶剂，搅拌5-6. 5h，加入维生素 E、八甲基环四硅氧烷与六甲基二硅胺烷， 室温下超声振动4-6h，最后加入石墨烯，在-4°C _5°C下超声振动3-4. 5h，得到石墨烯锂离 子电池电解液。
[0013] 作为优选，超声振动的频率为45-55HZ。
[0014] 作为优选，磁场的强度为2100-3200GS。
[0015] 作为优选，磁场的强度在加入石墨稀后提高至3500-4000GS。
[0016] 本发明的有益效果是 1) 通过在锂离子电池电解液中添加石墨烯，能够大大提高电解液的耐电压性能，在高 压下不易分解，而八甲基环四硅氧烷可以有效清除电解液体系中及游离到正极表面的腐蚀 性物质，六甲基二硅胺烷的加入在充放电过程会吸附的铅电极表面，相当于提高氢的析出 电位，可以减少氢的析出； 2) 锂离子动力电池在高温状态下储存，容量保持率与容量恢复率高，循环性能优良。
【具体实施方式】
[0017] 以下通过具体实施例，对本发明作进一步的解释： 本发明所用原料为市售产品。
[0018] 实施例1 石墨烯锂离子电池电解液是由以下步骤制得：将六氟磷酸锂在磁场效应下溶于碳酸亚 乙烯酯，搅拌5h，加入维生素 E、八甲基环四硅氧烷与六甲基二硅胺烷，室温下超声振动5h， 最后加入石墨烯，磁场的强度提高至3500GS，在-4°C下超声振动3h，得到石墨烯锂离子电 池电解液；其中，电解液中电解质的浓度为I. 7mol/L，超声振动的频率为45Hz，磁场的强度 为2100GS，以电解液总重量为基准，添加剂的加入量为：5%的六甲基二硅胺烷、0. 5%的八甲 基环四硅氧烷、0. 3%的维生素 E及4. 5%的石墨烯。
[0019] 实施例2 石墨烯锂离子电池电解液是由以下步骤制得：将四氟硼酸锂在磁场效应下溶于γ - 丁 内酯与碳酸二丙酯的混合液中，γ-丁内酯与碳酸二丙酯的体积比为2 :1，搅拌5. 5h，加入 维生素 E、八甲基环四硅氧烷与六甲基二硅胺烷，室温下超声振动5. 5h，最后加入石墨烯， 磁场的强度提高至3800GS，在0°C下超声振动4h，得到石墨烯锂离子电池电解液；其中，电 解液中电解质的浓度为2. 12mol/L，超声振动的频率为50Hz，磁场的强度为2600GS，以电解 液总重量为基准，添加剂的加入量为：5. 5%的六甲基二硅胺烷、2. 4%的八甲基环四硅氧烷、 4. 1%的维生素 E及5%的石墨烯。
[0020] 实施例3 石墨烯锂离子电池电解液是由以下步骤制得：将LiAsF6在磁场效应下溶于碳酸二乙 酯，搅拌6. 5h，加入维生素 E、八甲基环四硅氧烷与六甲基二硅胺烷，室温下超声振动6h，最 后加入石墨烯，磁场的强度提高至4000GS，在5°C下超声振动4. 5h，得到石墨烯锂离子电池 电解液；其中，电解液中电解质的浓度为2. 35mol/L，超声振动的频率为55Hz，磁场的强度 为3200GS，以电解液总重量为基准，添加剂的加入量为：6. 5%的六甲基二硅胺烷、3. 5%的 八甲基环四硅氧烷、5. 3%的维生素 E及8. 5%的石墨烯。
[0021] 对比例1，与实施例1不同的是，该对比例提供的锂离子电池用电解液不含有六甲 基二硅胺烷、八甲基环四硅氧烷、维生素 E及石墨烯，其余同实施例1。
[0022] 采用实施例1-3制备的石墨烯锂离子电池电解液与对比例1制备的电解液制备成 容量为IOAh的锂离子电池，进行60°C存储数据测试，测试结果见表1。
[0023] 表1、测试结果
从表1可以看出，采用本发明的电解液所制得的锂离子动力电池，容量保持率大于 94%，容量恢复率大于95%，在高温状态下储存，容量保持率与容量恢复率高。
【主权项】
1. 一种石墨烯锂离子电池电解液，包括锂盐与非水有机溶剂，其特征在于，所述石墨烯 锂离子电池电解液还包括添加剂，所述添加剂由以下以电解液总重量为基准的成分组成： 5-6. 5%的六甲基二硅胺烷、0. 5-3. 5%的八甲基环四硅氧烷、4. 5-8. 5%的石墨烯及0. 3-5. 3% 的维生素E。2. 根据权利要求1所述的一种石墨烯锂离子电池电解液，其特征在于，电解质为六氟 磷酸锂、四氟硼酸锂或LiAsF6*的一种，电解液中电解质的浓度为I. 7-2. 35mol/L。3. 根据权利要求1所述的一种石墨烯锂离子电池电解液，其特征在于，所述非水溶剂 选自环状碳酸酯、链状碳酸酯或上述两种化合物的混合物。4. 根据权利要求1或2或3所述的一种石墨烯锂离子电池电解液，其特征在于，所述 石墨烯锂离子电池电解液是由以下步骤制得：将锂盐在磁场效应下溶于非水有机溶剂，搅 拌5-6. 5h，加入维生素E、八甲基环四硅氧烷与六甲基二硅胺烷，室温下超声振动4-6h，最 后加入石墨烯，在-4°C _5°C下超声振动3-4. 5h，得到石墨烯锂离子电池电解液。5. 根据权利要求4所述的一种石墨烯锂离子电池电解液，其特征在于，超声振动的频 率为 45-55HZ。6. 根据权利要求4所述的一种石墨烯锂离子电池电解液，其特征在于，磁场的强度为 2100-3200GS。7. 根据权利要6所述的一种石墨烯锂离子电池电解液，其特征在于，磁场的强度在加 入石墨稀后提尚至3500_4000GS。
【专利摘要】本发明涉及一种石墨烯锂离子电池电解液，包括锂盐与非水有机溶剂，所述石墨烯锂离子电解液还包括添加剂，所述添加剂由以下以电解液总重量为基准的成分组成：5-6.5%的六甲基二硅胺烷、0.5-3.5%的八甲基环四硅氧烷、4.5-8.5%的石墨烯及0.3-5.3%的维生素E。通过在锂离子电池电解液中添加石墨烯，能够大大提高电解液的耐电压性能，在高压下不易分解，而八甲基环四硅氧烷可以有效清除电解液体系中及游离到正极表面的腐蚀性物质，六甲基二硅胺烷的加入在充放电过程会吸附的铅电极表面，相当于提高氢的析出电位，可以减少氢的析出；锂离子电池在高温状态下储存，容量保持率与容量恢复率高，循环性能优良。
【IPC分类】H01M10/0525, H01M10/0567
【公开号】CN105098239
【申请号】CN201510208885
【发明人】张慧波
【申请人】宁波职业技术学院
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年4月29日