一种预锂化电解液及应用的制作方法

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及一种预锂化电解液及应用。

背景技术：

一般来说，锂离子动力电池在首次充电过程中，有机电解液会在石墨等负极表面还原分解，形成固体电解质相界面(sei)膜，消耗来自正极的锂，从而导致首次循环的库仑效率(ice)偏低，降低锂离子动力电池的容量，影响能量密度。

如果可以从正极材料外再寻找到一个锂源，让sei膜的形成消耗外界锂源的锂离子，这样就可以保证正极脱嵌的锂离子不会浪费于化成过程，最终就可以提高全电池容量。这个提供外界锂源的过程，就是预锂化。预锂可以提升电池容量和循环寿命。

现有预锂化手段多为从正负极的角度出发，进行补锂，但成本较高，工序复杂，对操作环境要求苛刻，急需开发一种工艺简洁的预锂化手段。

技术实现要素：

本发明的一个目的在于提供一种预锂化电解液，本发明中第一溶剂降低石墨阳极的嵌锂电位，同时，添加用于补锂的锂源，在不消耗正极锂的情况下，迅速完成预锂化过程。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：一种预锂化电解液，按照质量分数包括以下物质：

用于预锂化的第一溶剂5%至10%；

防共嵌的第二溶剂5%至10%；

为sei膜形成提供锂元素的锂源5%至10%；

提供锂离子穿梭所需液体环境的第三溶剂60%至80%；

锂盐0.5%至3%；

添加剂1%至5%。

优选所述第一溶剂为四氢呋喃、联苯醚、四氢噻吩和甲基四氢呋喃中的一种或几种。第一溶剂具有强的推电子基团，预锂化溶剂作用降低石墨阳极的嵌锂电位，帮助锂源提供的锂元素快速的在石墨表明形成sei膜，提升电池的首次效率。

优选所述第二溶剂为丙二醇甲醚、甘醇二甲醚和二乙二醇单甲醚中的一种或几种。第二溶剂具有空间位阻效应，可以避免预锂化过程中，第三溶剂与石墨产生共嵌。

优选所述锂源为醋酸锂、三氟醋酸锂和正丁基锂其中的一种。锂源的作用为sei膜的形成提供锂元素，避免正极可脱嵌的锂元素消耗；锂源在预锂化溶剂的帮助下，在正极锂之前，与石墨表面形成sei膜，达到预期的预锂化效果。

优选所述第三溶剂为碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯中的一种或几种。第三溶剂为提供锂离子穿梭需要的液体环境。

优选所述添加剂为碳酸亚乙烯酯和/或氟代碳酸乙烯酯。添加剂作用改善sei的致密性、提升动力学性能等。

优选所述锂盐为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、双草酸硼酸锂其中的一种或几种。锂盐在锂离子电池中负责提供可以迁移的锂离子。

优选本发明按照质量分数包括以下物质：

用于预锂化的四氢噻吩9%；

防共嵌的二乙二醇单甲醚6%；

为sei膜的形成提供锂元素的正丁基锂8%；

提供锂离子穿梭所需液体环境的碳酸二甲酯71%；

高氯酸锂2%；

添加剂为vc4%。

本发明的另一个目的在于提供一种预锂化电解液的应用，本发明所得锂离子电池通过预锂化电解液的作用具有首次效率高和循环寿命长的特点。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：一种具有本发明预锂化电解液的锂离子电池。

优选负极材料为石墨。

通过采用上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明的电解液加入锂离子电池体系后，第一溶剂具有强的推电子基团，影响石墨的c-c键的键长，即改变了石墨的能带结构，锂离子嵌入时所需的反应势能降低，宏观表现为降低嵌锂电位，帮助锂源提供的锂元素快速在石墨表明形成sei膜；此作用过程中，第二溶剂混入体系，利用其空间位阻效应，做一个“保护屏障”，将第三溶剂驱逐出sei膜体系，防止第三溶剂共嵌入sei膜中破坏sei膜的致密性；同时驱逐共嵌的第三溶剂，相当于保存液态环境中第三溶剂的份额，保护体系液态环境不被破坏；第一溶剂、第二溶剂和第三溶剂在上述配合下，可以在不消耗正极锂的情况下，迅速利用电解液中的锂源完成预锂化过程；

本发明提出的具有预锂化的电解液，可以简化预锂化的工艺手段，避免正负极补锂时使用金属锂而带来的安全隐患，进一步提升电池的容量、延长循环寿命；本发明在不消耗正极锂的情况下，迅速完成预锂化，提升电池的首次效率和循环寿命；

本发明还可以简化预锂化的工艺手段，避免正负极补锂时使用金属锂而带来的安全隐患；

较现有常规电解液而言，本发明电解液所有材料不对环境造成任何负担，对电池的生产节拍并无影响；同时，三种溶剂与添加剂参数都在合理范围内，不会增加电池的安全风险。

从而实现本发明的上述目的。

附图说明

图1是本发明涉及的一种具有预锂化电解液锂离子电池的循环性能数据。

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。

实施例1

本实施例的预锂化电解液按照质量分数包括以下物质：

四氢呋喃5%、丙二醇甲醚10%、醋酸锂5%、emc78.5%、六氟磷酸锂0.5%、vc1%。

实施例2

本实施例的预锂化电解液按照质量分数包括以下物质：

联苯醚7%、甘醇二甲醚8%、三氟醋酸锂6%、ec75%、四氟硼酸锂1%、fec3%；

实施例3

本实施例的预锂化电解液按照质量分数包括以下物质：

四氢噻吩9%、二乙二醇单甲醚6%、正丁基锂8%、dmc71%、高氯酸锂2%、vc4%；

实施例4

本实施例的预锂化电解液按照质量分数包括以下物质：

甲基四氢呋喃10%、甘醇二甲醚5%、三氟醋酸锂10%、emc67%、双草酸硼酸锂3%、fec5%；

对比例

无预锂化电解液材料按照质量分数包括emc98%、六氟磷酸锂1%、vc1%；

将实施例1至4与对比例所配的电解液，加入到负极为人造石墨、正极为三元材料523的干电池中，经过静置、化成、老化、分容，得到成品电池。

对得到的电池进行以下电性能测试：

首次效率：

计算化成与分容阶段，首次放电容量与充电容量之间的百分比即为首次效率；具体数据详见表1所示。

循环寿命：

将电池进行0.5c/1c重复充放电，计算100周后，容量保持率；具体数据详见图1所示。

表实施例1至4与对比例所得锂离子电池的首次效率

结合表1和图1可知，使用本发明提出得预锂化电解液后，石墨表面形成sei膜，不消耗正极锂，故而首次效率提升10%以上，对于三元材料来说，首效有了跨越式提升，同时，在循环过程中，sei膜修复所需锂同样来源于电解液添加的锂源，正极锂全部用来进行充放电脱嵌，电池每次循环的剩余容量有很大的提升，即延长电池的循环寿命，从图1也可以看出，实施例1至4的循环曲线更平缓，容量衰减缓慢。

综上所述，本发明提出的电解液可以大幅度提升锂离子电池的首次效率和循环寿命。