含有表面活性剂的锂离子电池电解液的制作方法

本发明涉及锂离子电池的电解液领域，特别是一种含有表面活性剂的锂离子电池电解液。

背景技术：

1、锂离子电池具有工作电压高 、比容量大、循环寿命长、无记忆效应以及对环境友好等优点，是目前最广泛使用的化学储能方式。近年来锂离子电池已经成为新能源汽车最主要的动力电源。锂离子电池电动汽车的大规模应用很大程度上取决于续航里程和安全性，而续航里程则依赖于电池能够提供的容量。目前，锂离子电池技术还有待进一步突破方能满足电动汽车更高的应用需求，下一代锂离子电池必须具备大容量、高比能量、长寿命、高安全性等特点，这就要求锂离子电池要向高能量密度方向发展。

2、对锂离子电池提高能量密度的研究除了在结构、材料开发方面以外，对制造工艺的研究也是推动锂离子电池技术发展的重要方面，电解液的浸润（包括电解液注入工序和陈化工序）则是制造工艺中的关键环节。当有理想的表面活性剂可用时，使用表面活性剂可能是一种更具成本效益的方法。将表面活性剂加入电解液中，可以提高电解液的浸润性，从而提高锂离子电池的保液量和整体容量。

3、中国专利cn2008101465231中记载了一种含表面活性剂的锂离子二次电池电解液，含有有机溶剂和锂盐电解质，所述电解液还含有氟元素化合物的表面活性剂。所述的含有氟元素化合物的表面活性剂为乙氧基类非离子型氟碳表面活性剂，其化学结构式为：rfch2ch2o(ch2ch2o)mrc，其中，rf为f(cf2cf2)n的氟碳链烃；m值的范围是：0≤m≤100；氟碳链烃中n值的范围是：0≤n≤50；rc可以是：h、li、na、k、ru等元素之一，也可以是甲基、乙基、苯基等烷烃基或芳香基，还可以是类似rf的氟碳链烃结构；由于该含氟元素化合物的表面活性剂的存在，可以降低液态锂离子的表面张力，优化电解液与正负极材料以及隔膜的浸润性，电池1c倍率500次循环，容量保持率由现有技术的80％提升到90％。但是该电解液中选择vc作为成膜添加剂，vc成膜韧性差，sei膜容易破坏，因此需要一种能够同时改善成膜性质和界面性质的表面活性剂，进而协同提高锂离子电池的性能。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种含有表面活性剂的锂离子电池电解液。

2、本发明的目的通过以下技术方案来实现：

3、一种含有表面活性剂的锂离子电池电解液，包括有机溶剂、锂盐和负极成膜添加剂；还包括有表面活性剂；所述氟碳表面活性剂包括三氟甲苯和全氟(2-甲基-3-氧杂己酸)铵中的一种或两种；

4、三氟甲苯的结构如下所示：

5、

6、全氟(2-甲基-3-氧杂己酸)铵的结构如下所示：

7、

8、进一步的，按照重量份数，包括80.5～85.5份的有机溶剂、12.5～15.0份的锂盐、0.5～5份的负极成膜添加剂和0.5～4份的表面活性剂；

9、进一步的，三氟甲苯和全氟(2-甲基-3-氧杂己酸)铵配合使用时，全氟(2-甲基-3-氧杂己酸)铵与三氟甲苯的质量比为：1:1～2；

10、进一步的，所述负极成膜添加剂为氟代碳酸乙烯酯和碳酸亚乙烯酯中的一种或两种；

11、进一步的，所述有机溶剂包括环状碳酸酯和线状碳酸酯；

12、进一步的，所述环状碳酸酯包括碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯中的一种或两种；所述线状碳酸酯包括碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯中的一种或多种；

13、进一步的，所述锂盐为六氟磷酸锂；所述锂盐浓度为0.5～1.5mol/l；

14、更进一步的技术方案是，上述电解液采用如步骤制备：

15、1）按照重量份数称取各组分，将锂盐溶解于有机溶剂中，搅拌形成均一的溶液；

16、2）将负极成膜添加剂、表面活性剂依次加入到步骤2）所得到的溶液中，即得。

17、本发明具有以下优点：

18、1、与现有技术相比，它使用三氟甲苯（phcf3）和全氟（2-甲基-3-氧杂己酸）铵这两种表面活性剂，使电解液的浸润性得到有效提升；三氟甲苯 (phcf3 ) 是一种具有吸电子基团 (-cf3 ) 和苯环的非质子助溶剂，三氟甲苯可以通过离子偶极相互作用吸引阴离子，而不会损害原始配位，它能优先吸附在石墨表面，使更多的阴离子被诱导到石墨/电解质界面并分解形成阴离子衍生的sei，因此三氟甲苯能够在负极石墨表面改善界面性能的同时，改善sei膜的稳定性，克服由于vc成膜添加剂所带来的成膜性质缺陷；全氟（2-甲基-3-氧杂己酸）铵由于含有f﹣和nh4+，该表面活性剂的加入能够进一步降低电解液的表面张力，其与石墨负极，锂盐化合物正极以及新型复合隔膜材料之间具有良好的浸润性，使得整体电池具有良好的电化学性能；三氟甲苯和全氟（2-甲基-3-氧杂己酸）铵能够产生协同作用，两种表面活性剂配合使用时，电池的电化学性能优于单独使用其中的一种表面活性剂；

19、2、本发明电解液首次1c倍率放电容量比未加活性剂的明显提高，本发明的电解液1c倍率3.6v以上平台容量明显提高，整体电池的容量发挥提升1%-10%左右；

20、3、本发明电解液，整体电池1c倍率500次循环，容量保持率明显提高，由未加表面活性剂的容量保持率80.2%提升为本发明的91.5%。

技术特征：

1.一种含有表面活性剂的锂离子电池电解液，包括有机溶剂、锂盐和负极成膜添加剂；其特征在于：还包括有表面活性剂；所述氟碳表面活性剂包括三氟甲苯和全氟(2-甲基-3-氧杂己酸)铵中的一种或两种。

2.根据权利要求1所述的含有表面活性剂的锂离子电池电解液，其特征在于：按照重量份数，包括80.5～85.5份的有机溶剂、12.5～15.0份的锂盐、0.5～5份的负极成膜添加剂和0.5～4份的表面活性剂。

3.根据权利要求1所述的含有表面活性剂的锂离子电池电解液，其特征在于：三氟甲苯和全氟(2-甲基-3-氧杂己酸)铵配合使用时，全氟(2-甲基-3-氧杂己酸)铵与三氟甲苯的质量比为：1:1～2。

4.根据权利要求1所述的含有表面活性剂的锂离子电池电解液，其特征在于：所述负极成膜添加剂为氟代碳酸乙烯酯和碳酸亚乙烯酯中的一种或两种。

5.根据权利要求1所述的含有表面活性剂的锂离子电池电解液，其特征在于：所述有机溶剂包括环状碳酸酯和线状碳酸酯。

6.根据权利要求1所述的含有表面活性剂的锂离子电池电解液，其特征在于：所述环状碳酸酯包括碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯中的一种或两种；所述线状碳酸酯包括碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的含有表面活性剂的锂离子电池电解液，其特征在于：所述锂盐为六氟磷酸锂；所述锂盐浓度为0.5～1.5mol/l。

8.根据权利要求2所述的含有表面活性剂的锂离子电池电解液，其特征在于：采用如步骤制备：

技术总结
本发明公开了一种含有表面活性剂的锂离子电池电解液，包括有机溶剂、锂盐和负极成膜添加剂；还包括有表面活性剂；所述氟碳表面活性剂包括三氟甲苯和全氟(2‑甲基‑3‑氧杂己酸)铵中的一种或两种。本发明的有益效果是：三氟甲苯是一种具有吸电子基团(‑CF3)和苯环的非质子助溶剂，可以通过离子偶极相互作用吸引阴离子，而不会损害原始配位，它能优先吸附在石墨表面，使更多的阴离子被诱导到石墨/电解质界面并分解形成阴离子衍生的SEI；全氟（2‑甲基‑3‑氧杂己酸）铵能够进一步降低电解液的表面张力，其与石墨负极，锂盐化合物正极以及新型复合隔膜材料之间具有良好的浸润性，使得整体电池具有良好的电化学性能。

技术研发人员：邵俊华,孔东波,司雅楠,王亚洲,韩飞,宋东亮,李渠成,施艳霞,张利娟,李海杰,郭飞,闫志卫,王郝为,闫国锋
受保护的技术使用者：河南省法恩莱特新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16