本發(fā)明涉及電池電解液及其制備
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種用于鋰離子電池的寬溫高效阻燃電解液及其制備方法。
背景技術(shù)：
：與傳統(tǒng)的鉛酸電池、鎳鎘電池相比，鋰離子電池具有高比功率、高比能量、無記憶效應(yīng)、長(zhǎng)循環(huán)壽命等特點(diǎn)，使鋰離子電池自20世紀(jì)90年代問世以來受到人們廣泛關(guān)注。目前，鋰離子電池已經(jīng)占領(lǐng)了手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、筆記本電腦和便攜攝像機(jī)等便攜式電子產(chǎn)品的大部分能源市場(chǎng)，并且開始進(jìn)入電動(dòng)自行車和轎車市場(chǎng)，逐漸受到電動(dòng)車領(lǐng)域的關(guān)注。傳統(tǒng)鋰離子電池工作溫度在-20~40℃之間，但受地域、氣候、特殊使用要求的制約，要求電池能在-20℃以下或者在40℃以上的環(huán)境下正常工作。但是現(xiàn)有的鋰離子電池電解液在高、低溫下的運(yùn)行效率低下，難以滿足現(xiàn)有技術(shù)的使用要求。鋰離子電池內(nèi)部的電解液中通常含有易揮發(fā)、低閃點(diǎn)的有機(jī)溶劑，因此當(dāng)外部電路故障等原因引發(fā)短路時(shí)，有可能使電解液燃燒。提高鋰電池安全性最常用的方法是向電池電解液中添加阻燃劑，例如有機(jī)磷化合物、鹵代碳酸酯、鹵代醚等。其中有機(jī)磷化合物作阻燃劑的阻燃效果較好，毒性低，研究的也較多，這些阻燃劑雖然能夠降低電解液的可燃性，但這些阻燃劑在電池內(nèi)的電化學(xué)穩(wěn)定性差或者其物理性質(zhì)差，如熔點(diǎn)太高、粘度過大等，并且添加量達(dá)到15%-40%，因此大多數(shù)會(huì)對(duì)電池的電性能產(chǎn)生負(fù)面影響。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供了一種用于鋰離子電池的寬溫高效阻燃電解液及其制備方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案為：一種用于鋰離子電池的寬溫高效阻燃電解液及其制備方法，由以下質(zhì)量百分比的原料組成：80~85%的非水有機(jī)溶劑、10~13%的鋰鹽、1~5%的功能添加劑、1~5%的阻燃助劑；所述的非水有機(jī)溶劑為環(huán)狀碳酸酯、亞硫酸二甲酯、碳酸二甲酯和γ-丁內(nèi)酯的混合，其質(zhì)量份比為2~5:1~3:1~3:1；所述的鋰鹽為二氟草酸硼酸鋰（liodfb）和二草酸硼酸鋰(libob)，其摩爾比為25~40:75~60；所述的功能添加劑為乙烯碳酸酯和硫酸亞乙酯，其質(zhì)量份比為1:1~3；所述的阻燃助劑為氟代磷腈化合物。進(jìn)一步地，所述環(huán)狀碳酸酯為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯中的一種或幾種的混合。進(jìn)一步地，所述的氟代磷腈化合物化學(xué)式為n3p3f5oh2ch3。所述的一種用于鋰離子電池的寬溫高效阻燃電解液的制備方法，包括以下步驟：（1）將環(huán)狀碳酸酯、亞硫酸二甲酯、碳酸二甲酯、γ-丁內(nèi)酯和氟代磷腈化合物充分混合均勻，得到預(yù)混液一；（2）將鋰鹽充分溶解于步驟（1）所得到的預(yù)混液一中，得到預(yù)混液二；（3）將耐功能添加劑加入步驟（2）所得到的預(yù)混液二中，充分混合均勻，得到本發(fā)明的寬溫高效阻燃電解液；上述步驟全程在充滿惰性氣體、干燥的環(huán)境中操作。本發(fā)明提供的一種用于鋰離子電池的寬溫高效阻燃電解液與現(xiàn)有技術(shù)相比，具備的有益效果為：環(huán)狀碳酸酯、亞硫酸二甲酯、碳酸二甲酯和γ-丁內(nèi)酯的四元混合溶劑搭配用做電解液溶劑不僅具有突出的低溫流動(dòng)性和高溫穩(wěn)定性，還具有很好的成膜性能；硼酸鹽的鋰鹽具有易離解、陰離子體積大、成膜性能良好的特點(diǎn)，而且二氟草酸硼酸鋰和二草酸硼酸鋰易溶于所述的非水有機(jī)溶劑；功能添加劑有助于提高電池電解液的電導(dǎo)率，提高電池在低溫下的放電性能，改善電池低溫電壓平臺(tái)現(xiàn)象，具有很好的電化學(xué)穩(wěn)定性，而且可以優(yōu)化成膜降低膜阻抗，提高高溫循環(huán)性能，同時(shí)與非水有機(jī)溶劑互溶性良好；本發(fā)明添加的阻燃劑在占電解液總質(zhì)量百分比為1~5%的添加量基礎(chǔ)上即可完全實(shí)現(xiàn)較好的阻燃效果，這樣對(duì)電解液電導(dǎo)率和倍率性能影響較小，而且有助于提升電解液在高溫下循環(huán)性能；獲得的寬溫高效阻燃電解液在電池的工作電壓范圍內(nèi)電化學(xué)穩(wěn)定性較好，含有該電解液的鋰離子電池在低溫至高溫下的使用性能均得到有效提高，較有效的拓寬了電池的應(yīng)用范圍。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此，同時(shí)本發(fā)明的保護(hù)范圍也不限于下述的實(shí)施例。實(shí)施例1：一種用于鋰離子電池的寬溫高效阻燃電解液及其制備方法，由以下質(zhì)量百分比的原料組成：82%的非水有機(jī)溶劑、12%的鋰鹽、3%的功能添加劑、3%的阻燃助劑；所述的非水有機(jī)溶劑為環(huán)狀碳酸酯、亞硫酸二甲酯、碳酸二甲酯和γ-丁內(nèi)酯的混合，其質(zhì)量份比為3:2:2:1；所述的鋰鹽為二氟草酸硼酸鋰（liodfb）和二草酸硼酸鋰(libob)，其摩爾比為30:70；所述的功能添加劑為乙烯碳酸酯和硫酸亞乙酯，其質(zhì)量份比為1:2。所述的阻燃助劑為氟代磷腈化合物。進(jìn)一步地，所述環(huán)狀碳酸酯為碳酸乙烯酯和碳酸丁烯酯的混合；所述的氟代磷腈化合物化學(xué)式為n3p3f5oh2ch3。所述的一種用于鋰離子電池的寬溫高效阻燃電解液的制備方法，包括以下步驟：（1）將環(huán)狀碳酸酯、亞硫酸二甲酯、碳酸二甲酯、γ-丁內(nèi)酯和氟代磷腈化合物充分混合均勻，得到預(yù)混液一；（2）將鋰鹽充分溶解于步驟（1）所得到的預(yù)混液一中，得到預(yù)混液二；（3）將耐功能添加劑加入步驟（2）所得到的預(yù)混液二中，充分混合均勻，得到本發(fā)明的寬溫高效阻燃電解液；上述步驟全程在充滿惰性氣體、干燥的環(huán)境中操作。實(shí)施例2：一種用于鋰離子電池的寬溫高效阻燃電解液及其制備方法，由以下質(zhì)量百分比的原料組成：80%的非水有機(jī)溶劑、13%的鋰鹽、5%的功能添加劑、2%的阻燃助劑；所述的非水有機(jī)溶劑為環(huán)狀碳酸酯、亞硫酸二甲酯、碳酸二甲酯和γ-丁內(nèi)酯的混合，其質(zhì)量份比為2:1:1:1；所述的鋰鹽為二氟草酸硼酸鋰（liodfb）和二草酸硼酸鋰(libob)，其摩爾比為25:75；所述的功能添加劑為乙烯碳酸酯和硫酸亞乙酯，其質(zhì)量份比為1:3。所述的阻燃助劑為氟代磷腈化合物。進(jìn)一步地，所述環(huán)狀碳酸酯為碳酸乙烯酯；所述的氟代磷腈化合物化學(xué)式為n3p3f5oh2ch3。所述的一種用于鋰離子電池的寬溫高效阻燃電解液的制備方法，其具體步驟同實(shí)施例1。實(shí)施例3：一種用于鋰離子電池的寬溫高效阻燃電解液及其制備方法，由以下質(zhì)量百分比的原料組成：85%的非水有機(jī)溶劑、10%的鋰鹽、1%的功能添加劑、4%的阻燃助劑；所述的非水有機(jī)溶劑為環(huán)狀碳酸酯、亞硫酸二甲酯、碳酸二甲酯和γ-丁內(nèi)酯的混合，其質(zhì)量份比為5:3:3:1；所述的鋰鹽為二氟草酸硼酸鋰（liodfb）和二草酸硼酸鋰(libob)，其摩爾比為40:60；所述的功能添加劑為乙烯碳酸酯和硫酸亞乙酯，其質(zhì)量份比為1:1。所述的阻燃助劑為氟代磷腈化合物。進(jìn)一步地，所述環(huán)狀碳酸酯為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和碳酸丁烯酯的混合；所述的氟代磷腈化合物化學(xué)式為n3p3f5oh2ch3。所述的一種用于鋰離子電池的寬溫高效阻燃電解液的制備方法，其具體步驟同實(shí)施例1。實(shí)施例4：一種用于鋰離子電池的寬溫高效阻燃電解液及其制備方法，由以下質(zhì)量百分比的原料組成：83%的非水有機(jī)溶劑、11%的鋰鹽、2%的功能添加劑、4%的阻燃助劑；所述的非水有機(jī)溶劑為環(huán)狀碳酸酯、亞硫酸二甲酯、碳酸二甲酯和γ-丁內(nèi)酯的混合，其質(zhì)量份比為7:5:4:2；所述的鋰鹽為二氟草酸硼酸鋰（liodfb）和二草酸硼酸鋰(libob)，其摩爾比為35:65；所述的功能添加劑為乙烯碳酸酯和硫酸亞乙酯，其質(zhì)量份比為2:3。所述的阻燃助劑為氟代磷腈化合物。進(jìn)一步地，所述環(huán)狀碳酸酯為碳酸丁烯酯；所述的氟代磷腈化合物化學(xué)式為n3p3f5oh2ch3。所述的一種用于鋰離子電池的寬溫高效阻燃電解液的制備方法，其具體步驟同實(shí)施例1。利用上述實(shí)施例1-4的方法配制得到電解液，并進(jìn)行電解液水分、色度、酸度、密度等基本測(cè)試，檢測(cè)合格后將所得電解液依照常規(guī)電池制作工藝注入到圓柱18650電池中，其中圓柱電池正極為鎳鈷錳三元材料，負(fù)極為人造石墨，容量為2.2ah，經(jīng)過化成、分容后，對(duì)電池進(jìn)行充放電測(cè)試：使電池在常溫下（25℃），通過鋰離子二次電池測(cè)試柜以0.5c/0.2c充放電，記下放電容量；使電池在-40℃擱置6h和-20℃擱置6h后進(jìn)行0.5c/0.2c充放電測(cè)試，記下放電容量；通過鋰離子二次電池測(cè)試柜進(jìn)行高溫60℃的1c循環(huán)300周測(cè)試電池高溫性能。具體測(cè)試結(jié)果如下表所示。性能實(shí)施例1實(shí)施例2實(shí)施例3實(shí)施例425℃首次效率/%85.283.383.884.7-20℃放電效率/%82.482.080.781.2-40℃放電效率/%80.175.778.680.360℃循環(huán)保持率/%85.584.283.684.7阻燃性測(cè)試：將浸潤(rùn)了約等量上述實(shí)施例1-4的電解液的同質(zhì)玻璃纖維條進(jìn)行點(diǎn)燃，用秒表計(jì)量自熄滅時(shí)間，并進(jìn)行10次重復(fù)實(shí)驗(yàn)計(jì)平均值，其結(jié)果如下表所示。實(shí)施例1實(shí)施例2實(shí)施例3實(shí)施例4燃燒時(shí)間/s0.50.70.40.5結(jié)果表明，本發(fā)明獲得的寬溫高效阻燃電解液在電池的工作電壓范圍內(nèi)電化學(xué)穩(wěn)定性和阻燃性能較好，含有該電解液的鋰離子電池在低溫至高溫下的使用性能均得到有效提高，較有效的拓寬了電池的應(yīng)用范圍。當(dāng)前第1頁(yè)12