一种二氟磷酸锂的制备方法、锂离子电池电解液和离子电池与流程

本发明属于电池材料技术领域，具体涉及一种锂离子电池电解液添加剂二氟磷酸锂的制备方法、锂离子电池电解液和离子电池。

背景技术：

锂离子电池由于具有比容量高、循环寿命长、自放电小以及与环境友好等优点，目前已广泛应用于各种移动便携式电子产品领域，并被认为是发展电动汽车、光伏工程等重大应用的理想配套电源。目前，商品化的锂离子电池的可循环上千次，但其循环寿命仍有待进一步提高以有效利用锂离子电池技术。因此，提升锂离子电池的循环性是当今全球新能源领域亟需解决的热点问题。

从锂离子电池的发展过程来看，目前商品化的锂离子电池的电解液主要采用的是碳酸质体系，其在负极表面的热力学稳定性较差，因此，建立相对稳定的电极/电解液两相界面对提高电池的循环稳定性尤为重要。目前商品化的锂离子电池的循环性主要取决于电解液的组成与特性，尤其是电解液添加剂的选择。因此，性能优良而价格低廉的电解液添加剂的开发一直是锂离子二次电池研究的重点。

中国专利申请CN105800582A公开了一种二氟磷酸埋的制备方法及锂离子电池非水系电解液，在惰性气体保护下，以有机溶剂为反应介质，使六氟磷酸埋与醚类化合物在内层含有PFA或PTFE保护层的反应容器中反应，反应温度为50-150℃，反应时间为5-20h，反应结束后将产物过滤、干燥得到二氟磷酸锂产品。本发明还涉及上述方法制备的二氟磷酸锂的锂离子电池非水系电解液，包括以下组份：二氟磷酸锂：0.5-2.0 %；电解质盐:15-20%；有机溶剂:80-85%。通过该方法制备二氟磷酸锂，操作简单，条件温和，提纯方便，能得到高纯度二氟磷酸锂。但是，此类合成方法需要采用醚类反应介质，醚类溶剂的去除成本高，而且得到二氟磷酸锂纯度低。

中国专利CN101208266B公开了一种利用通用的便宜材料以简单的方法制备可用作二次电池非水电解液添加剂的二氟磷酸盐。该二氟磷酸盐是通过六氟磷酸锂与碳酸盐在非水溶剂中反应制备的。而且，本发明包括二次电池的非水电解液，该非水电解液包含非水溶剂，以及溶解于该非水溶剂中作为电解质锂盐的至少一种六氟磷酸盐和进一步的二氟磷酸盐，其中至少部分的二氟磷酸盐是以液体反应产物的形式提供的，该液体反应产物包含通过六氟磷酸锂与碳酸盐在非水溶剂中反应而形成的二氟磷酸盐。但是，此类合成方法需要采用非水溶剂，为进一步得到固体二氟磷酸锂需要去除非水溶剂，步骤复杂，所得产品纯度低。

技术实现要素：

为克服上述缺陷，本发明的目的在于提供一种锂离子电池电解液添加剂二氟磷酸锂的制备方法、锂离子电池电解液和离子电池。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种二氟磷酸锂的制备方法，采用偏磷酸锂与六氟磷酸锂为原料，在惰性气氛条件下合成二氟磷酸锂。

优选地，所述偏磷酸锂与六氟磷酸锂的摩尔比为1.8:1-2.3:1。

优选地，所述偏磷酸锂与六氟磷酸锂的反应条件为：160-200℃反应12-18h，接着升温至280-350℃继续反应18-24h。

优选地，所述偏磷酸锂与六氟磷酸锂的反应容器为聚四氟内衬的不锈钢水热反应釜。

优选地，所述惰性气氛为氩气或者氮气。

一种含有上述的二氟磷酸锂的锂离子电池电解液，包括二氟磷酸锂1-3%、电解质盐15-23%和有机溶剂75-82%。

优选地，所述电解质盐为LiPF₆、LiBF₄、LiCF₃CO₂、LiCF₃SO₃、LiN(FSO₂)₂、LiN(CF₃SO₂)₂和LiN(C₂F₅SO₂)₂中的一种或几种的混合物。

优选地，所述有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲酯和1-氟代碳酸乙烯酯中一种或几种的组合。

优选地，所述有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和碳酸亚乙烯酯的混合。

一种含有上述锂离子电池电解液的离子电池，所述锂离子电池负极为人造石墨。

本发明的积极有益效果：

1. 本发明偏磷酸锂与六氟磷酸锂为原料，通过一步法制备出具有较高收率、高纯度的二氟磷酸锂，收率达92%以上，纯度达93%以上，省略了非水溶剂的使用，工艺简单，原料来源丰富、廉价，具有显著的实用价值和良好的应用前景。

2. 本发明二氟磷酸锂具有较好的界面相容性，可在锂离子电池的石墨负极表面成膜，有效提高电极/电解液界面的稳定性，提高了锂离子电池的循环稳定性，循环200周后的容量保持率达92%以上，为优化锂离子电池的性能提供了一条有效途径。

附图说明

图1为本发明实施例1二氟磷酸锂的核磁³¹P谱；

图2为本发明实施例1所制备的锂离子电池的循环稳定性图。

具体实施方式

下面结合一些具体实施例对本发明进一步说明。

实施例1

将8.59 g 偏磷酸锂与7.60g 六氟磷酸锂（两者的摩尔比为2:1）在氩气氛下（手套箱中）充分混合均匀，随后转移至聚四氟内衬的不锈钢水热反应釜中，在马弗炉里于180℃反应12 h，随后缓慢升温至350℃继续反应24h，待反应釜完全冷却后，转移至氩气气氛手套箱内，打开并收集所得固体，获得产物二氟磷酸锂，根据产物质量，收率为95%，根据核磁³¹P谱，纯度为97%，产物的核磁³¹P谱参见图1。

由图1可知，本实施例制备的二氟磷酸锂阴离子³¹P谱呈现三重峰，化学位移分别为23.563ppm、15.824ppm、8.085ppm，说明产物中与磷原子键合的氟原子共两个，且化学位移与积分符合二氟磷酸根阴离子的结构特征。

一种上述的二氟磷酸锂的锂离子电池电解液，包括二氟磷酸锂1.5%、电解质盐20.0%和有机溶剂78.5%，所述电解质盐为LiPF₆，所述有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和碳酸亚乙烯酯的混合，四者质量比为1:1:1:0.04。

以磷酸亚铁锂电极为正极，人造石墨电极为负极，以添加上述二氟磷酸锂和未添加的二氟磷酸锂为电解液，组装锂离子电池，测试二氟磷酸锂添加剂对锂离子电池循环稳定性的影响，结果见图2。

由图2可知，采用本实施例二氟磷酸锂的锂离子电池表现出优异的循环稳定性，循环200周后的容量保持率高达94%，明显高于未添加的锂离子电池。

实施例2

将7.73g 偏磷酸锂与7.60g 六氟磷酸锂（两者的摩尔比为1.8:1）在氩气氛下（手套箱中）充分混合均匀，随后转移至聚四氟内衬的不锈钢水热反应釜中，在马弗炉里于160℃反应18 h，随后缓慢升温至280℃继续反应24h，待反应釜完全冷却后，转移至氩气气氛手套箱内，打开并收集所得固体，获得产物二氟磷酸锂，收率为92%，纯度为95%。

一种上述的二氟磷酸锂的锂离子电池电解液，包括二氟磷酸锂3.0%、电解质盐15.0%和有机溶剂82.0%，所述电解质盐为LiBF₄，所述有机溶剂为碳酸乙烯酯。

以磷酸亚铁锂电极为正极，人造石墨电极为负极，以添加上述二氟磷酸锂和未添加的二氟磷酸锂为电解液，组装锂离子电池，测试二氟磷酸锂添加剂对锂离子电池循环稳定性的影响。采用本实施例二氟磷酸锂的锂离子电池表现出优异的循环稳定性，循环200周后的容量保持率高达92%，明显高于未添加的锂离子电池。

实施例3

将9.88 g 偏磷酸锂与7.60g 六氟磷酸锂（两者的摩尔比为2.3:1）在氩气氛下（手套箱中）充分混合均匀，随后转移至聚四氟内衬的不锈钢水热反应釜中，在马弗炉里于200℃反应12 h，随后缓慢升温至350℃继续反应18h，待反应釜完全冷却后，转移至氩气氛手套箱内，打开并收集所得固体，获得产物二氟磷酸锂，率为95%，纯度为94%。

一种上述的二氟磷酸锂的锂离子电池电解液，包括二氟磷酸锂1.0%、电解质盐20.0%和有机溶剂79.0%，所述电解质盐为LiCF₃CO₂，所述有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和碳酸亚乙烯酯的混合，四者质量比为1:1:1:0.05。

以磷酸亚铁锂电极为正极，人造石墨电极为负极，以添加上述二氟磷酸锂和未添加的二氟磷酸锂为电解液，组装锂离子电池，测试二氟磷酸锂添加剂对锂离子电池循环稳定性的影响。采用本实施例二氟磷酸锂的锂离子电池表现出优异的循环稳定性，循环200周后的容量保持率高达95%，明显高于未添加的锂离子电池。

实施例4

将9.02g 偏磷酸锂与7.60g 六氟磷酸锂（两者的摩尔比为2.1:1）在氩气气氛下（手套箱中）充分混合均匀，随后转移至聚四氟内衬的不锈钢水热反应釜中，在马弗炉里于190℃反应15 h，随后缓慢升温至320℃继续反应21h，待反应釜完全冷却后，转移至氩气氛手套箱内，打开并收集所得固体，获得产物二氟磷酸锂，收率为94%，纯度为93%。

一种上述的二氟磷酸锂的锂离子电池电解液，包括二氟磷酸锂2.0%、电解质盐18.0%和有机溶剂80.0%，所述电解质盐为LiCF₃SO₃，所述有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和1-氟代碳酸乙烯酯的混合，三者质量比为1:1:1。

以钴酸锂电极为正极，人造石墨电极为负极，以添加上述二氟磷酸锂和未添加的六氟磷酸为电解液，组装锂离子电池，测试二氟磷酸锂添加剂对锂离子电池循环稳定性的影响。采用本实施例二氟磷酸锂的锂离子电池表现出优异的循环稳定性，循环200周后的容量保持率高达93%，明显高于未添加的锂离子电池。

实施例5

将9.45 g 偏磷酸锂与7.60g 六氟磷酸锂（两者的摩尔比为2.2:1）在氩气氛下（手套箱中）充分混合均匀，随后转移至聚四氟内衬的不锈钢水热反应釜中，在马弗炉里于180℃反应14 h，随后缓慢升温至310℃继续反应20h，待反应釜完全冷却后，转移至氩气气氛手套箱内，打开并收集所得固体，获得产物二氟磷酸锂，收率为93%，纯度为94%。

一种上述的二氟磷酸锂的锂离子电池电解液，包括二氟磷酸锂2.5%、电解质盐19.0%和有机溶剂78.5%，所述电解质盐为LiN(FSO₂)₂，所述有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和碳酸亚乙烯酯的混合，四者质量比为1:1:1:0.03。

以钴酸锂电极为正极，人造石墨电极为负极，以添加上述二氟磷酸锂和未添加的二氟磷酸锂为电解液，组装锂离子电池，测试二氟磷酸锂添加剂对锂离子电池循环稳定性的影响。采用本实施例二氟磷酸锂的锂离子电池表现出优异的循环稳定性，循环200周后的容量保持率高达94%，明显高于未添加的锂离子电池。

实施例6

将8.16 g 偏磷酸锂与7.60g 六氟磷酸锂（两者的摩尔比为1.9:1）在氮气氛下（手套箱中）充分混合均匀，随后转移至聚四氟内衬的不锈钢水热反应釜中，在马弗炉里于170℃反应16 h，随后缓慢升温至290℃继续反应22h，待反应釜完全冷却后，转移至氮气气氛手套箱内，打开并收集所得固体，获得产物二氟磷酸锂，收率为94%，纯度为96%。

一种上述的二氟磷酸锂的锂离子电池电解液，包括二氟磷酸锂2.0%、电解质盐23.0%和有机溶剂75.0%，所述电解质盐为LiN(CF₃SO₂)₂，所述有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和碳酸亚乙烯酯的混合，四者质量比为1:1:1:0.04。

以磷酸亚铁锂电极为正极，人造石墨电极为负极，以添加上述二氟磷酸锂和未添加的二氟磷酸锂为电解液，组装锂离子电池，测试二氟磷酸锂添加剂对锂离子电池循环稳定性的影响。采用本实施例二氟磷酸锂的锂离子电池表现出优异的循环稳定性，循环200周后的容量保持率高达95%，明显高于未添加的锂离子电池。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。