一种高倍率锂电池电解液及其制备方法与流程

本发明涉及锂电池电解液，具体为一种高倍率锂电池电解液及其制备方法。

背景技术：

1、电池作为能够储存并持续提供电能的装置，不断满足人们对电力灵活运用的需求。在众多电池体系中，锂离子电池由于其优异的性能被市场广泛认可，成为各类产品不可或缺的重要部件。因此，提升电解液在高压下的稳定性对提升锂电池能量密度至关重要。传统碳酸酯电解液的锂离子电池在低温下存在放电电压平台下降、放电容量低、容量衰减快、倍率性能差等问题，虽然研究人员提出了多种改进方法，但仍然难以同时解决上述问题，而且或多或少会带入一些新问题。

2、电解液是是锂离子二次电池的重要组成部分，承担着正负极电荷传输的功能，它对电池的容量、倍率性能、循环效率、工作温度、范围和安全性能起着至关重要的作用。金属锂具有极高的化学活性，因此在电化学反应中存在严重副反应问题。在电场作用下，金属锂容易形成枝晶，会直接影响电池寿命，甚至引发严重的安全问题。同时锂离子电池大倍率充电时，负极将出现金属锂析出与沉积，并进一步消耗大量电解液，同时使sei膜厚度进一步增加，导致表面膜的阻抗增加。为了解决上述问题，本发明提供了一种高倍率锂电池电解液及其制备方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高倍率锂电池电解液及其制备方法，以解决现有技术中存在的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种高倍率锂电池电解液，所述电解液是以改性碳量子点与改性碳酸亚乙烯酯为主要溶解物。

3、进一步的，所述改性碳量子点是以氟化后的碳量子点表面接枝含氢聚硅烷化合物。

4、进一步的，所述改性碳酸亚乙烯酯为将粗品碳酸亚乙烯酯在精炼的过程中富氨基化。

5、进一步的，一种高倍率锂电池电解液的制备方法，包括以下制备步骤：

6、(1)将乙醛与氢氧化钠按比例混合，配制出浓度为1-3mol/l的氢氧化钠/乙醛混合液，60rpm速度搅拌20min后静置反应1-3h；反应结束后加入适量盐酸水溶液，将其ph调节至中性，然后在8000-12000r/min转速下离心分离5-15min，取固体用去离子水清洗3次，然后在80℃下真空干燥24h，真空度为0.085mpa，得到碳量子点；

7、(2)将制备的碳量子点在10ml/min的氟/氮混合气流量下，进行氟化处理，时间为2-4h，温度为200-400℃，制得氟化碳量子点；取2份氟化碳量子点和0.2-2份聚氢甲基硅烷，溶解于20份有机溶剂中，先以150rpm速度搅拌20min，温度保持在50℃；再加入0.01-0.04份引发剂，在60-70℃下回流8-16h，减压至1.5kpa蒸馏4-8h除去溶剂，得到改性碳量子点；

8、(3)将纯度为75-85％的碳酸亚乙烯酯粗品中边搅拌边通入氨气，搅拌速度为60rpm，控制氨气通入反应器中的速度为0.4-0.8l/min，氨气通入完毕后继续搅拌12-24h；然后再通过精密滤芯过滤，将滤液再经过精馏提纯和结晶后得到富有氨基的改性碳酸亚乙烯酯；

9、(4)在充满氩气的手套箱中，取0.55-0.75份硝酸锂、0.2-0.5份改性碳酸亚乙烯酯、0.01-0.1份改性碳量子点、0.2-0.4份双氟代碳酸乙烯酯、2.5-3.5份双(氟磺酰)亚胺锂、12-16份乙二醇二甲醚，充分混合，制得高倍率锂电池电解液。

10、进一步的，所述步骤(1)中盐酸水溶液的浓度为80％。

11、进一步的，所述步骤(2)中氟化采用的氟/氮混合气的氟气浓度为5-25％。

12、进一步的，所述步骤(2)中有机溶剂为四氢呋喃。

13、进一步的，所述步骤(2)中引发剂为偶氮二异丁腈。

14、进一步的，所述步骤(3)中氨气用量为碳酸亚乙烯酯粗品重量的15-25％。

15、进一步的，所述步骤(4)中充分混合是以60rpm速度常温搅拌24h。

16、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

17、本发明以改性碳量子点与改性碳酸亚乙烯酯为主要溶解物制备电解液，实现以这种电解液制备的锂电池具有热稳定、高倍率的效果。

18、首先，针对金属锂的高反应活性和枝晶效应会影响电池稳定性的问题，本发明对碳量子点进行改性，使其表面氟化，利用碳量子点表面丰富的官能团不仅能吸附li+与其发生共沉积作用抑制枝晶的产生，也能吸附于金属锂表面抑制穿梭效应；氟化碳量子点在吸附的同时，能够保证电池的高倍率放电性能，有效提升li+在界面的传输能力，减少局域li+聚集和锂沉积电流；再将含氢聚硅烷接枝到氟化后的碳量子点表面，利用含氢聚硅烷上si-h在较高电位下的层状正极材料表面易于氧化交联的特性，捕获溶解多硫化锂形成阻隔层，阻止多硫化锂的进一步溶出，使得电池的具有超高的稳定性能；

19、其次，将碳酸亚乙烯酯进行富氨基化，环状碳酸酯发生的开环聚合反应，在正极表面性能稳定的保护层；氨氮具有的孤对电子基团，可以吸附沉积在正极形成保护层，抑制多硫化锂溶出进入电解液，另一方面可以通过氨氮基团来吸附电解液中溶解的多硫化锂，与改性后的碳量子点协同吸附，使其在高倍率的同时有较高的稳定性；改性后的碳酸亚乙烯酯成膜后因为碳量子点的吸附作用，进一步提高其热稳定性，使得电池在较高温度下也能安全稳定。

技术特征：

1.一种高倍率锂电池电解液，其特征在于，所述电解液是以改性碳量子点与改性碳酸亚乙烯酯为主要溶解物。

2.根据权利要求1所述的一种高倍率锂电池电解液，其特征在于，所述改性碳量子点是以氟化后的碳量子点表面接枝含氢聚硅烷化合物。

3.根据权利要求1所述的一种高倍率锂电池电解液，其特征在于，所述改性碳酸亚乙烯酯为将粗品碳酸亚乙烯酯在精炼的过程中富氨基化。

4.一种高倍率锂电池电解液的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：

5.根据权利要求4所述的一种高倍率锂电池电解液的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中盐酸水溶液的浓度为80%。

6.根据权利要求4所述的一种高倍率锂电池电解液的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中氟化采用的氟/氮混合气的氟气浓度为5-25%。

7.根据权利要求4所述的一种高倍率锂电池电解液的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中有机溶剂为四氢呋喃。

8.根据权利要求4所述的一种高倍率锂电池电解液的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中引发剂为偶氮二异丁腈。

9.根据权利要求4所述的一种高倍率锂电池电解液的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中氨气用量为碳酸亚乙烯酯粗品重量的15-25%。

10.根据权利要求4所述的一种高倍率锂电池电解液的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中充分混合是以60rpm速度常温搅拌24 h。

技术总结本发明公开了一种高倍率锂电池电解液及其制备方法，涉及锂电池电解液技术领域。本发明先对碳量子点进行改性，使其表面氟化，氟化碳量子点在吸附的同时，能够保证电池的高倍率放电性能，减少局域Li+聚集和锂沉积电流；再将含氢聚硅烷接枝到氟化后的碳量子点表面，捕获溶解多硫化锂形成阻隔层以提高稳定性能；其次，将碳酸亚乙烯酯进行富氨基化，环状碳酸酯发生的开环聚合反应，在正极表面性能稳定的保护层；氨氮具有的孤对电子基团，与改性后的碳量子点协同吸附电解液中溶解的多硫化锂形成保护层；改性后的碳酸亚乙烯酯成膜后因为碳量子点的吸附作用，进一步提高其热稳定性。本发明研制的电解液制备出的锂电池具有热稳定、高倍率的效果。技术研发人员：李贤东,孔德政,栗志,阎子祯,吴欢受保护的技术使用者：胜华新能源科技（东营）有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/26