锂离子电池的性能受电解液影响,电解液可以被视为电池的“血液”。随着锂离子电池的广泛应用,对电池性能的要求也越来越高。为了提高性能,使用添加剂是一种重要的解决方法。
目前,碳酸亚乙烯酯(VC)是锂离子电池电解液中研究最深入、效果最理想的有机成膜添加剂。据报道,VC可以在碳负极表面发生自由基聚合反应,生成聚烷基碳酸酯类化合物,从而有效抑制溶剂分子的共插反应,同时对正极无副作用。实际应用表明,碳酸亚乙烯酯可以明显延长锂离子电池的循环寿命,并提高电池的耐存储性能等多方面性能,因此是一种重要的锂离子电池电解液添加剂。
碳酸亚乙烯酯是锂电池电解液中的重要添加剂,能够在锂电池初次充放电中在负极表面发生电化学反应形成固体电解质界面膜(SEI膜),有效抑制溶剂分子嵌入和锂电池的气胀现象,提高电池寿命。
一种非水电解液添加剂——碳酸亚乙烯酯的制备方法包括以下步骤:
(一) 以碳酸乙烯酯为原料,在紫外光照条件下通入氯气,制备碳酸氯乙烯酯;
(二) 以碳酸二甲酯为有机溶剂,将步骤(一)中得到的碳酸氯乙烯酯与三乙胺发生消去反应,脱去氯化氢,生成碳酸亚乙烯酯;
(三) 将步骤(二)中得到的混合产物进行精馏提纯。采用碳酸二甲酯(DMC)作为溶剂,不仅反应产物易于分离,而且少量的DMC不会影响电解液的性能,从而降低了产物提纯和精馏的难度。在反应过程中同时采用4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基和吩噻嗪作为阻聚剂,可以有效控制碳酸亚乙烯酯的聚合反应,提高产率。
随着锂离子电池的快速发展,对应电解液的需求量也在迅速增加。为满足锂离子电池产业未来发展的需要,必须要开发出高安全性、高环境适应性的动力电池电解液材料。LiPF6虽然被公认是较为理想的锂离子电池电解液,但其合成工艺复杂,分解温度低,从60℃开始就有少量分解,在较高温度或恶劣的环境下,分解的比例大大增加,产生HF等游离酸,从而使电解液酸化,最终导致电极材料的损坏以及电池性能的急剧恶化。而三氟甲磺酸锂的电导率和电化学稳定性不如LiPF6,但其热稳定性,吸水分解性、循环性能等都高于LiPF6,当其应用于固体电解质时,由于其稳定的阴离子会使电解质与负极材料界面间的钝化层结构和组成得到改善,有利于电解质、钝化膜、电极的稳定。
在反应容器中加入液体SO3 80.06g,恒温在25℃搅拌,在2小时内缓慢持续充入CHF3气体112g,持续搅拌1小时;将反应容器内液体升温至60℃,用NaOH溶液和有机溶剂丙酮吸收尾气,当无尾气排出后,将反应容器内液体降温至室温备用;在新的反应容器中加入碳酸锂45.0g,加入450g去离子水搅拌均匀,缓慢滴加上述冷却后的反应液,开启排空和降温,控制温度在45℃,滴加时间控制在1小时左右,滴加完成后持续恒温反应3小时;过滤反应液,蒸干母液得到含有三氟甲基磺酸锂和少量碳酸锂的白色粉末。将所述粉末用800g碳酸二甲酯溶解,通过过滤、重结晶、干燥等工序得到纯度为99.93%的白色粉末三氟甲磺酸锂126g,整体收率为80.7%。
[1]CN201910733843.5用作锂离子电池电解质的三氟甲基磺酸锂的制备方法