本發(fā)明涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電池電解液及其制備方法、鋰電池。

背景技術(shù)：

目前，鋰電池已廣泛應(yīng)用于電動(dòng)工具、電動(dòng)汽車、電網(wǎng)儲(chǔ)能等各種領(lǐng)域。隨著可移動(dòng)電動(dòng)工具和其它大倍率放電用品的發(fā)展和環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，用于大倍率放電的電池從鎳氫和鎳鎘的普通電池快速地向更高能量密度和環(huán)保的鋰離子電池轉(zhuǎn)變，而這些電池又是以圓柱形鋰離子電池為主。市場(chǎng)除對(duì)鋰離子電池容量、內(nèi)阻、安全等常規(guī)性能重點(diǎn)關(guān)注之外，更對(duì)其大電流放電倍率要求很高，以圓柱18650-2000mAh為例，持續(xù)放電最大電流可達(dá)到30A，如此大的電池放電，電池的內(nèi)阻對(duì)電池的放電性能影響非常大，內(nèi)阻越小，電池大倍率放電能力越強(qiáng)。

目前，技術(shù)人員主要通過材料改性、優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)參數(shù)等諸多方式來改善此性能，有較大效果。但是隨著終端用電設(shè)備的要求不斷提高，以上大倍率放電性能的方式仍然不能完全滿足市場(chǎng)的需要，需進(jìn)一步改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，提供一種提高電池倍率放電性能的電池電解液及其制備方法，以及使用該電解液的鋰電池。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供一種電池電解液，包括原料及其質(zhì)量百分比如下：鋰鹽14±0.5％、添加劑1-7％，其余為三元有機(jī)溶劑；

所述添加劑包括碳酸亞乙烯酯、亞硫酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯中的兩種或以上。

優(yōu)選地，所述碳酸亞乙烯酯的質(zhì)量百分比為0.5-2％，所述亞硫酸丙烯酯的質(zhì)量百分比為0.5-2％，所述氟代碳酸乙烯酯的質(zhì)量百分比為1-3％。

優(yōu)選地，所述鋰鹽為L(zhǎng)iPF6和/或LiFSI。

優(yōu)選地，所述三元有機(jī)溶劑包括碳酸乙烯酯、碳酸二已酯、碳酸二甲酯和丙酸乙酯中的一種或多種。

優(yōu)選地，所述三元有機(jī)溶劑中，碳酸乙烯酯、碳酸二已酯及碳酸二甲酯的質(zhì)量比例為2：1：7；或者，

所述三元有機(jī)溶劑中，碳酸乙烯酯、碳酸二已酯、碳酸二甲酯及丙酸乙酯的質(zhì)量比例為2：2：2：4。

優(yōu)選地，所述電解液在水份含量小于1ppm、氧含量小于1ppm、真空度大于100pa的真空環(huán)境內(nèi)配制而成。

優(yōu)選地，所述真空環(huán)境為真空手套箱。

本發(fā)明還提供一種電池電解液的制備方法，包括如下步驟：

S1、按各原料的質(zhì)量百分比稱取鋰鹽、添加劑和三元有機(jī)溶劑；

S2、將三元有機(jī)溶劑冷凍后，依次加入鋰鹽和添加劑，混合獲得電解液；

步驟S1、S2均在水份含量小于1ppm、氧含量小于1ppm、真空度大于100pa的真空環(huán)境中進(jìn)行。

優(yōu)選地，步驟S1中，將所述三元有機(jī)溶劑在-10℃至10℃下冷凍至少30分鐘。

優(yōu)選地，以質(zhì)量百分比算，所述添加劑包括以下至少兩種：0.5-2％碳酸亞乙烯酯，0.5-2％亞硫酸丙烯酯，1-3％氟代碳酸乙烯酯。

優(yōu)選地，所述三元有機(jī)溶劑包括碳酸乙烯酯、碳酸二已酯、碳酸二甲酯和丙酸乙酯中的一種或多種。

本發(fā)明還提供一種鋰電池，包括以上任一項(xiàng)所述的電解液。

本發(fā)明的有益效果：通過添加劑的種類及其質(zhì)量百分比的設(shè)計(jì)，配合鋰鹽等其他原料制成的電解液，提高電池的倍率放電性能，支持在1C～15C之間大電流持續(xù)充放電，放電比例在90％以上，循環(huán)使用壽命可達(dá)400周以上，容量保持率在80％以上。

附圖說明

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中：

圖1是本發(fā)明中實(shí)施例1制成的電池在不同倍率條件下的放電容量曲線圖；

圖2是本發(fā)明中實(shí)施例1制成的電池在不同保持率下放電容量曲線圖；

圖3是本發(fā)明中實(shí)施例2制成電池在不同倍率條件下的放電容量曲線圖；

圖4是本發(fā)明中實(shí)施例2制成的電池在不同保持率下放電容量曲線圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明一實(shí)施例的電池電解液，包括原料及其質(zhì)量百分比如下：鋰鹽14±0.5％(即13.5-14.5％)、添加劑1-7％，其余為三元有機(jī)溶劑。

其中，添加劑包括碳酸亞乙烯酯(VC)、亞硫酸丙烯酯(PS)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)中的兩種或以上。

優(yōu)選地，碳酸亞乙烯酯的質(zhì)量百分比為0.5-2％，亞硫酸丙烯酯的質(zhì)量百分比為0.5-2％，氟代碳酸乙烯酯的質(zhì)量百分比為1-3％；按需要選擇其中至少兩種。

鋰鹽為L(zhǎng)iPF6(六氟磷酸鋰)和/或LiFSI(雙氟黃酰亞胺鋰)。

三元有機(jī)溶劑包括碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二已酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)及丙酸乙酯(EP)中的一種或多種。

作為一種選擇，三元有機(jī)溶劑可以采用碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二已酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)，并且碳酸乙烯酯、碳酸二已酯及碳酸二甲酯的質(zhì)量比例可為2：1：7。

作為另一種選擇，三元有機(jī)溶劑可以采用上述四種，并且碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二已酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)及丙酸乙酯(EP)的質(zhì)量比例可為2：2：2:4

該電解液需要在水份含量小于1ppm、氧含量小于1ppm、真空度大于100pa的真空環(huán)境內(nèi)配制而成。真空環(huán)境為真空手套箱。

本發(fā)明的電池電解液的制備方法，可包括如下步驟：

S1、按各原料的質(zhì)量百分比稱取鋰鹽、添加劑和三元有機(jī)溶劑；

S2、將三元有機(jī)溶劑冷凍后，依次加入鋰鹽和添加劑，混合獲得電解液。

步驟S1、S2均在水份含量小于1ppm、氧含量小于1ppm、真空度大于100pa的真空環(huán)境中進(jìn)行。

進(jìn)一步地，步驟S1中，將三元有機(jī)溶劑在-10℃至10℃下冷凍至少30分鐘。三元有機(jī)溶劑在冷凍前，還經(jīng)過預(yù)處理、精餾(或脫水、脫醇)、均質(zhì)等處理。

優(yōu)選地，以質(zhì)量百分比算，步驟S1稱取的添加劑包括0.5-2％碳酸亞乙烯酯、0.5-2％亞硫酸丙烯酯以及1-3％氟代碳酸乙烯酯中的至少兩種。

稱取的三元有機(jī)溶劑中，包括碳酸乙烯酯、碳酸二已酯、碳酸二甲酯及丙酸乙酯的一種或多種。作為一種選擇，稱取的三元有機(jī)溶劑中，包括質(zhì)量比例為2：1：7的碳酸乙烯酯、碳酸二已酯及碳酸二甲酯。作為另一種選擇，稱取的三元有機(jī)溶劑中，包括質(zhì)量比例為2：2：2:4的碳酸乙烯酯、碳酸二已酯、碳酸二甲酯及丙酸乙酯。

上述的步驟S2可在混合器中進(jìn)行?；旌掀髦锌稍O(shè)置雙層螺旋槳進(jìn)行攪拌，確保配制過程的準(zhǔn)確、均質(zhì)和穩(wěn)定。

電解液的原料進(jìn)入混合器時(shí)，可通過液面計(jì)和電子秤實(shí)現(xiàn)容量法、重量法雙控?；旌掀骺芍瞥呻p層夾套，并采用冷凍劑循環(huán)系統(tǒng)冷卻和雙層螺旋槳攪拌，確保配制過程的準(zhǔn)確、均質(zhì)和穩(wěn)定。

制備時(shí)，在高密閉性的真空手套箱內(nèi)，使用氮?dú)獯祾吖艿篮蜌鍤鈿夥毡Ｗo(hù)，以確保電解液配方比例的準(zhǔn)確性。特別是控制系統(tǒng)的水份<5PPM，從而改善了電解液的使用質(zhì)量，降低了對(duì)動(dòng)力電池組件材料的腐蝕性，提高了電池的使用循環(huán)壽命。

進(jìn)一步地，步驟S2中，將各原料混合后，在滾筒機(jī)上均勻混合1至2h。

獲得電解液后，取樣測(cè)試分析粘度、色度、水份、HF、電導(dǎo)率、密度及鋰鹽濃度等指標(biāo)。

將制得的電解液注入到18650型電池(人造石墨/LiMnNiO₄)中，使用二次鋰離子電池性能檢測(cè)裝置測(cè)定上述組裝的電池的倍率放電性能和循環(huán)性能。

本發(fā)明的電解液中，鋰電極即使在較高的放電速率下，在其表面也能形成非常光滑、均勻致密的SEI膜。這主要是由于電解液中鋰鹽、有機(jī)溶劑以及加入的添加劑都是具有高彈性的組分，可増加SEI膜的粘結(jié)力和韌性，使之能夠適應(yīng)充放電過程中鋰電極形態(tài)的變化，從而使電池能夠得到較好的循環(huán)效率。

本發(fā)明一實(shí)施例的鋰電池，包括上述的電解液。通過上述電解液的鋰電池，倍率放電性能得到提高，循環(huán)性能得到很好的改善，解決現(xiàn)有低成本電池壽命大多不長(zhǎng)的問題。該鋰電池可用于電動(dòng)汽車。

以下通過具體實(shí)施例來對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

以NMC523/人造石墨為例，按照表1的原料份數(shù)制作電池電解液及電池并測(cè)試其性能。

表1.原料及對(duì)應(yīng)含量

其中，三元有機(jī)溶劑EC、EMC、DMC及EP按對(duì)應(yīng)的比例(2：1：7：0和2：2：2：4)稱取。添加劑分別按各質(zhì)量百分比的范圍進(jìn)行組合添加。

按照實(shí)施例1、2的電解液制作18650-2000mAh電池后，使用二次鋰離子電池性能檢測(cè)裝置測(cè)試其倍率放電性能及倍率循環(huán)性能指標(biāo)。

制作的電池中，正極材料采用NMC523+摻錳，負(fù)極材料采用石墨；隔膜厚度20um。

一、采用實(shí)施例1電解液制成的電池的倍率放電性能

倍率放電制度為：

1.按標(biāo)準(zhǔn)充電方式充滿電，以1C電流放電至2.75V，擱置30分鐘；

2.按標(biāo)準(zhǔn)充電方式充滿電，以3C電流放電至3.0V，擱置30分鐘；

3.按標(biāo)準(zhǔn)充電方式充滿電，以5C電流放電至3.0V，擱置30分鐘；

4.按標(biāo)準(zhǔn)充電方式充滿電，以8C電流放電至3.0V，擱置30分鐘；

5.按標(biāo)準(zhǔn)充電方式充滿電，以10C電流放電至3.0V，擱置30分鐘；

6.按標(biāo)準(zhǔn)充電方式充滿電，以15C電流放電至3.0V，擱置30分鐘。

同時(shí)記錄不同倍率條件下的放電容量，不同倍率下放電量的曲線圖如圖1所示；其中橫軸為放電容量(mAh)，縱軸為倍率(V)。

二、采用實(shí)施例1電解液制成的電池的倍率循環(huán)放電性能

倍率循環(huán)充放電制度為：

1.測(cè)試溫度：25℃±3℃；

2.充電方式：使用6A(3C)恒流恒壓充電至4.2V,截止電流0.03C(mA)；

3.放電方式：使用30A(15C)恒流放電至3.0V；

4.循環(huán)次數(shù)：重復(fù)上述循環(huán)制度400周，容量保持率≧80％以上。

不同保持率下放電量的曲線圖如圖2所示；其中橫軸為放電容量(mAh)，縱軸為保持率。

從圖1、2可知，采用本發(fā)明實(shí)施例1的電解液，極大的提高了電池倍率放電性能，其中主要由于電解液中鋰鹽、溶劑以及加入的添加劑都是具有高彈性的組分，可增加SEI膜的粘結(jié)力和韌性，使之能夠在高倍率充放電過程中適應(yīng)鋰電極形態(tài)的變化，從而使電池能夠得到較好的倍率放電及循環(huán)性能。

三、采用實(shí)施例2電解液制成的電池的倍率放電性能

倍率放電制度為：

1.按標(biāo)準(zhǔn)充電方式充滿電，以1C電流放電至2.75V，擱置30分鐘；

2.按標(biāo)準(zhǔn)充電方式充滿電，以3C電流放電至3.0V，擱置30分鐘；

3.按標(biāo)準(zhǔn)充電方式充滿電，以5C電流放電至3.0V，擱置30分鐘；

4.按標(biāo)準(zhǔn)充電方式充滿電，以8C電流放電至3.0V，擱置30分鐘；

5.按標(biāo)準(zhǔn)充電方式充滿電，以10C電流放電至3.0V，擱置30分鐘；

6.按標(biāo)準(zhǔn)充電方式充滿電，以15C電流放電至3.0V，擱置30分鐘。

同時(shí)記錄不同倍率條件下的放電容量，不同倍率下放電量的曲線圖如圖3所示；其中橫軸為放電容量(mAh)，縱軸為倍率(V)。

四、采用實(shí)施例2電解液制成的電池的倍率循環(huán)放電性能

倍率循環(huán)充放電制度為：

1.測(cè)試溫度：25℃±3℃；

2.充電方式：使用6A(3C)恒流恒壓充電至4.2V,截止電流0.03C(mA)；

3.放電方式：使用30A(15C)恒流放電至3.0V；

4.循環(huán)次數(shù)：重復(fù)上述循環(huán)制度400周，容量保持率≧80％以上。

不同保持率下放電容量的曲線圖如圖4所示；其中橫軸為放電容量(mAh)，縱軸為保持率。

從圖3、4可知，采用本發(fā)明實(shí)施例2的電解液，具備30A大電流放電能力，且有效提高了電解液在NMC+錳酸鋰中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，在電解液中添加離子液體及倍率添加劑，同時(shí)輔助隔膜技術(shù)、集流體和極耳技術(shù)，實(shí)現(xiàn)一種可以長(zhǎng)期1C～15C的倍率放電及3C～15C的倍率循環(huán)，改善電池在高倍率下持續(xù)放電能力。

綜上所述，采用本發(fā)明的電解液制作的鋰電池，提高電池的倍率放電性能，支持在1C～15C之間大電流持續(xù)充放電，放電比例在90％以上，循環(huán)使用壽命可達(dá)400周以上，容量保持率在80％以上。

以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。