一種石墨烯鋰離子電池電解液的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種提高鋰離子電池石墨烯鋰離子性 能石墨烯鋰離子電池電解液。
【背景技術】
[0002] 鋰離子電池由于能量密度大、工作電壓高、循環(huán)長壽命長、高功率、環(huán)境友好等優(yōu) 點，成為目前新能源領域研究的熱點。隨著鋰離子電池的迅猛發(fā)展以及電動汽車對大容量 鋰離子電池的需求，迫切需要開發(fā)具有高安全性、高容量、高功率，長壽命及環(huán)保的鋰離子 動力電池。磷酸鐵鋰動力電池具有工作電壓高、比容量高、循環(huán)壽命長，價格低廉及環(huán)境友 好等優(yōu)點，逐漸在鋰離子動力電池市場占據(jù)主導地位。
[0003] 電解液作為電池的重要組成部分，在鋰離子電池的正、負極之間起著輸送鋰離子 的作用，號稱鋰離子電池的"血液"。它對電池的比容量、工作溫度范圍、循環(huán)效率和安全性 能等至關重要的作用；選擇合適的電解液是獲得高能量密度、長循環(huán)壽命和安全性良好的 鋰離子二次電池的關鍵，因此在開發(fā)出滿足磷酸鐵鋰動力電池需求的電解液非常重要；目 前磷酸鐵鋰動力電池存在高溫下容量損失迅速，循環(huán)性能差，不能滿足動力電池經(jīng)常處于 高溫(大于45°C )條件下工作的需要；為滿足上述需求，開發(fā)滿足磷酸鐵鋰動力電池在高溫 條件下工作的電解液，高溫電解液的開發(fā)傾向于優(yōu)化溶劑的組成及加入合適的添加劑，從 而提尚電解液的尚壓下、耐氧化、耐尚溫性能，提尚鋰·尚子電池在尚壓下的循環(huán)性能。
[0004] 中國專利公布號CN 102324563 A，公布日2012年1月18日，名稱為鋰離子電池電 解液及鋰離子電池，該申請案公開了鋰離子電池電解液以及使用該電解液的鋰離子電池， 所述電解液各組分重量份分別為：鋰鹽10份，有機溶劑55-80份，添加劑0. 4-2份；其中鋰 鹽為六氟磷酸鋰，有機溶劑為乙烯碳酸酯和二乙基碳酸酯，添加劑包括六甲基二硅胺烷。其 不足之處在于，鋰離子電池在高溫環(huán)境下容量損失迅速，循環(huán)性能差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于為了解決現(xiàn)有鋰離子電池在高溫環(huán)境下容量損失迅速，循環(huán)性 能差的缺陷而提供一種有利于提高鋰離子電池高壓性能的石墨烯鋰離子電池電解液。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目地，本發(fā)明采用以下技術方案： 一種石墨烯鋰離子電池電解液，包括鋰鹽與非水有機溶劑，所述石墨烯鋰離子電池電 解液還包括添加劑，所述添加劑由以下以電解液總重量為基準的成分組成：5-6. 5%的六甲 基二硅胺烷、〇. 5-3. 5%的八甲基環(huán)四硅氧烷、4. 5-8. 5%的石墨烯及0. 3-5. 3%的維生素 E。 在本技術方案中，六甲基二硅胺烷的加入在充放電過程會吸附的鉛電極表面，氫離子不容 易獲得電子而生成中性的氫分子，相當于提高氫的析出電位，可以減少氫的析出。在較大倍 率放電條件下，其在電解液中的作用是加快了液相傳質(zhì)過程，有效地改善放電終期離子的 導電能力，有利于活性物質(zhì)的進一步利用和電池容量的增加。
[0007] 維生素 E的加入可以讓電解液在儲存環(huán)境惡劣的情況下，仍然保持其優(yōu)異的穩(wěn)定 性。
[0008] 石墨烯的結構可以理解為單層的石墨，因此具有極其優(yōu)良的導電性，其中電子的 運動速度達到了光速的1/300,同時石墨烯獨特的二維納米層狀結構以及巨大的比表面積。
[0009] 添加八甲基環(huán)四硅氧烷可以有效清除電解液體系中及游離到正極表面的腐蝕性 物質(zhì)，添加的八甲基環(huán)四硅氧烷能夠在化成過程中在正極界面上形成致密的SEI膜，從而 起到保護正極活性物質(zhì)組分的作用，從而顯著提高含有該電解液的鋰離子電池在高電壓下 的高溫循環(huán)性能。
[0010] 作為優(yōu)選，電解質(zhì)為六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰或LiAsF6*的一種，電解液中電解質(zhì) 的濃度為 I. 7-2. 35mol/L。
[0011] 作為優(yōu)選，所述非水溶劑選自環(huán)狀碳酸酯、鏈狀碳酸酯或上述兩種化合物的混合 物。
[0012] 作為優(yōu)選，所述石墨烯鋰離子電池電解液是由以下步驟制得：將鋰鹽在磁場效應 下溶于非水有機溶劑，攪拌5-6. 5h，加入維生素 E、八甲基環(huán)四硅氧烷與六甲基二硅胺烷， 室溫下超聲振動4-6h，最后加入石墨烯，在-4°C _5°C下超聲振動3-4. 5h，得到石墨烯鋰離 子電池電解液。
[0013] 作為優(yōu)選，超聲振動的頻率為45-55HZ。
[0014] 作為優(yōu)選，磁場的強度為2100-3200GS。
[0015] 作為優(yōu)選，磁場的強度在加入石墨稀后提高至3500-4000GS。
[0016] 本發(fā)明的有益效果是 1) 通過在鋰離子電池電解液中添加石墨烯，能夠大大提高電解液的耐電壓性能，在高 壓下不易分解，而八甲基環(huán)四硅氧烷可以有效清除電解液體系中及游離到正極表面的腐蝕 性物質(zhì)，六甲基二硅胺烷的加入在充放電過程會吸附的鉛電極表面，相當于提高氫的析出 電位，可以減少氫的析出； 2) 鋰離子動力電池在高溫狀態(tài)下儲存，容量保持率與容量恢復率高，循環(huán)性能優(yōu)良。
【具體實施方式】
[0017] 以下通過具體實施例，對本發(fā)明作進一步的解釋： 本發(fā)明所用原料為市售產(chǎn)品。
[0018] 實施例1 石墨烯鋰離子電池電解液是由以下步驟制得：將六氟磷酸鋰在磁場效應下溶于碳酸亞 乙烯酯，攪拌5h，加入維生素 E、八甲基環(huán)四硅氧烷與六甲基二硅胺烷，室溫下超聲振動5h， 最后加入石墨烯，磁場的強度提高至3500GS，在-4°C下超聲振動3h，得到石墨烯鋰離子電 池電解液；其中，電解液中電解質(zhì)的濃度為I. 7mol/L，超聲振動的頻率為45Hz，磁場的強度 為2100GS，以電解液總重量為基準，添加劑的加入量為：5%的六甲基二硅胺烷、0. 5%的八甲 基環(huán)四硅氧烷、0. 3%的維生素 E及4. 5%的石墨烯。
[0019] 實施例2 石墨烯鋰離子電池電解液是由以下步驟制得：將四氟硼酸鋰在磁場效應下溶于γ - 丁 內(nèi)酯與碳酸二丙酯的混合液中，γ-丁內(nèi)酯與碳酸二丙酯的體積比為2 :1，攪拌5. 5h，加入 維生素 E、八甲基環(huán)四硅氧烷與六甲基二硅胺烷，室溫下超聲振動5. 5h，最后加入石墨烯， 磁場的強度提高至3800GS，在0°C下超聲振動4h，得到石墨烯鋰離子電池電解液；其中，電 解液中電解質(zhì)的濃度為2. 12mol/L，超聲振動的頻率為50Hz，磁場的強度為2600GS，以電解 液總重量為基準，添加劑的加入量為：5. 5%的六甲基二硅胺烷、2. 4%的八甲基環(huán)四硅氧烷、 4. 1%的維生素 E及5%的石墨烯。
[0020] 實施例3 石墨烯鋰離子電池電解液是由以下步驟制得：將LiAsF6在磁場效應下溶于碳酸二乙 酯，攪拌6. 5h，加入維生素 E、八甲基環(huán)四硅氧烷與六甲基二硅胺烷，室溫下超聲振動6h，最 后加入石墨烯，磁場的強度提高至4000GS，在5°C下超聲振動4. 5h，得到石墨烯鋰離子電池 電解液；其中，電解液中電解質(zhì)的濃度為2. 35mol/L，超聲振動的頻率為55Hz，磁場的強度 為3200GS，以電解液總重量為基準，添加劑的加入量為：6. 5%的六甲基二硅胺烷、3. 5%的 八甲基環(huán)四硅氧烷、5. 3%的維生素 E及8. 5%的石墨烯。
[0021] 對比例1，與實施例1不同的是，該對比例提供的鋰離子電池用電解液不含有六甲 基二硅胺烷、八甲基環(huán)四硅氧烷、維生素 E及石墨烯，其余同實施例1。
[0022] 采用實施例1-3制備的石墨烯鋰離子電池電解液與對比例1制備的電解液制備成 容量為IOAh的鋰離子電池，進行60°C存儲數(shù)據(jù)測試，測試結果見表1。
[0023] 表1、測試結果
從表1可以看出，采用本發(fā)明的電解液所制得的鋰離子動力電池，容量保持率大于 94%，容量恢復率大于95%，在高溫狀態(tài)下儲存，容量保持率與容量恢復率高。
【主權項】
1. 一種石墨烯鋰離子電池電解液，包括鋰鹽與非水有機溶劑，其特征在于，所述石墨烯 鋰離子電池電解液還包括添加劑，所述添加劑由以下以電解液總重量為基準的成分組成： 5-6. 5%的六甲基二硅胺烷、0. 5-3. 5%的八甲基環(huán)四硅氧烷、4. 5-8. 5%的石墨烯及0. 3-5. 3% 的維生素E。2. 根據(jù)權利要求1所述的一種石墨烯鋰離子電池電解液，其特征在于，電解質(zhì)為六氟 磷酸鋰、四氟硼酸鋰或LiAsF6*的一種，電解液中電解質(zhì)的濃度為I. 7-2. 35mol/L。3. 根據(jù)權利要求1所述的一種石墨烯鋰離子電池電解液，其特征在于，所述非水溶劑 選自環(huán)狀碳酸酯、鏈狀碳酸酯或上述兩種化合物的混合物。4. 根據(jù)權利要求1或2或3所述的一種石墨烯鋰離子電池電解液，其特征在于，所述 石墨烯鋰離子電池電解液是由以下步驟制得：將鋰鹽在磁場效應下溶于非水有機溶劑，攪 拌5-6. 5h，加入維生素E、八甲基環(huán)四硅氧烷與六甲基二硅胺烷，室溫下超聲振動4-6h，最 后加入石墨烯，在-4°C _5°C下超聲振動3-4. 5h，得到石墨烯鋰離子電池電解液。5. 根據(jù)權利要求4所述的一種石墨烯鋰離子電池電解液，其特征在于，超聲振動的頻 率為 45-55HZ。6. 根據(jù)權利要求4所述的一種石墨烯鋰離子電池電解液，其特征在于，磁場的強度為 2100-3200GS。7. 根據(jù)權利要6所述的一種石墨烯鋰離子電池電解液，其特征在于，磁場的強度在加 入石墨稀后提尚至3500_4000GS。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種石墨烯鋰離子電池電解液，包括鋰鹽與非水有機溶劑，所述石墨烯鋰離子電解液還包括添加劑，所述添加劑由以下以電解液總重量為基準的成分組成：5-6.5%的六甲基二硅胺烷、0.5-3.5%的八甲基環(huán)四硅氧烷、4.5-8.5%的石墨烯及0.3-5.3%的維生素E。通過在鋰離子電池電解液中添加石墨烯，能夠大大提高電解液的耐電壓性能，在高壓下不易分解，而八甲基環(huán)四硅氧烷可以有效清除電解液體系中及游離到正極表面的腐蝕性物質(zhì)，六甲基二硅胺烷的加入在充放電過程會吸附的鉛電極表面，相當于提高氫的析出電位，可以減少氫的析出；鋰離子電池在高溫狀態(tài)下儲存，容量保持率與容量恢復率高，循環(huán)性能優(yōu)良。
【IPC分類】H01M10/0525, H01M10/0567
【公開號】CN105098239
【申請?zhí)枴緾N201510208885
【發(fā)明人】張慧波
【申請人】寧波職業(yè)技術學院
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年4月29日