專利名稱：一種純化電解液的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電解液的純化方法。
背景技術(shù)：
鋰離子電池相對(duì)于鉛酸電池、鎳氫電池和鎳鎘電池等具有能量密度高、自放電小和循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)前已廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子領(lǐng)域，并已逐漸開(kāi)始應(yīng)用于動(dòng)力電池和儲(chǔ)能電站等領(lǐng)域。鋰離子電池從結(jié)構(gòu)上看，主要部件為正極、負(fù)極、隔膜和電解液。其中，電解液起到在電池內(nèi)部為鋰離子在正負(fù)極之間的穿梭傳遞提供載體的作用。當(dāng)前人們對(duì)電池的能量密度的要求越來(lái)越高。為了提高電池的能量密度，其中一個(gè)方法是提高電池的工作電壓，當(dāng)電池的工作電壓提高后，對(duì)電解液的純度要求也變得更高。若電解液中含有一些雜質(zhì)，則電池在高電壓應(yīng)用時(shí)容易發(fā)生副反應(yīng)，從而造成電池性能的惡化。因此鑒于實(shí)際需要，有必要提供一種純化電解液的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種純化電解液的方法，采用該方法可以較好的純化電解液，明顯地提高電解液的純度，降低雜質(zhì)含量，使電解液的氧化穩(wěn)定性提聞。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種純化電解液的方法，將無(wú)水氯化鈣加入電解液中，使無(wú)水氯化鈣與電解液中的雜質(zhì)反應(yīng)10分鐘以上，過(guò)濾后得到純化后的電解液，所述雜質(zhì)為電解液的線性伏安掃描曲線中3-5. 5V電位區(qū)間內(nèi)的氧化峰所表示的物質(zhì)，所述無(wú)水氯化鈣的質(zhì)量與所述電解液的質(zhì)量比為(5-20) :100。發(fā)明人在研究高電壓電池用電解液時(shí)發(fā)現(xiàn)電解液中總含有少量的雜質(zhì)，這些雜質(zhì)可能來(lái)自于配制電解液的原料或配制過(guò)程。發(fā)明人對(duì)高電壓電池用電解液進(jìn)行線性伏安測(cè)試發(fā)現(xiàn)在電解液的線性伏安測(cè)試曲線的:T5.5V vs. Li+/Li的范圍內(nèi)有明顯的氧化峰存在，這表明電解液發(fā)生了氧化反應(yīng)，而且實(shí)踐表明隨著溫度的增加，反應(yīng)電流逐漸變大。這些氧化峰的存在即是電解液中存在雜質(zhì)的反映。當(dāng)將這類電解液應(yīng)用于4. 2V的電池中時(shí)，由于電位較低，對(duì)電池影響很小；但是當(dāng)將這類電解液應(yīng)用于高電壓電池(如4. 3V、4. 4V的電池)時(shí)，由于電位較高，電解液中存在的雜質(zhì)反應(yīng)會(huì)對(duì)電池性能產(chǎn)生不好的影響。因此，本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究意外地發(fā)現(xiàn)在電解液中加入無(wú)水氯化鈣，可以較大程度地去除該雜質(zhì)，這是因?yàn)闊o(wú)水氯化鈣與電解液的線性伏安掃描曲線中3-5. 5V電位區(qū)間內(nèi)的氧化峰所表示的物質(zhì)(即雜質(zhì))發(fā)生了反應(yīng)。因此，將無(wú)水氯化鈣加入到電解液中即可以起到純化電解液的作用。當(dāng)將純化后的電解液應(yīng)用于高電壓的電池時(shí)，仍然能夠保證電池具有較好的性能，從而使電池的能量密度得以有效地提高。當(dāng)然，無(wú)水氯化鈣的添加量不能太大，否則不僅會(huì)造成無(wú)水氯化鈣的浪費(fèi)，而且過(guò)多的氯的添加也會(huì)對(duì)電解液的性能造成不良的影響；無(wú)水氯化鈣的添加量也不能太少，否則不能起到很好的純化作用。作為本發(fā)明純化電解液的方法的一種改進(jìn)，所述無(wú)水氯化鈣的質(zhì)量與所述電解液的質(zhì)量比為(8-16) :100,這是較優(yōu)的范圍。作為本發(fā)明純化電解液的方法的一種改進(jìn)，所述無(wú)水氯化鈣的質(zhì)量與所述電解液的質(zhì)量比為12 :100，這是較佳的選擇。作為本發(fā)明純化電解液的方法的一種改進(jìn)，使用所述無(wú)水氯化鈣前，先將無(wú)水氯化鈣置于干燥裝置中，在100°c以上的溫度下干燥處理，干燥持續(xù)時(shí)間為5 20小時(shí)，干燥可以除去存在于無(wú)水氯化鈣中的少量水分，以避免其中存在的少量水分對(duì)電解液造成的不良影響。作為本發(fā)明純化電解液的方法的一種改進(jìn)，所述干燥裝置為馬弗爐或真空干燥箱。作為本發(fā)明純化電解液的方法的一種改進(jìn)，將所述無(wú)水氯化鈣加入所述電解液中后，攪拌10 30分鐘。作為本發(fā)明純化電解液的方法的一種改進(jìn)，將攪拌后的電解液靜置1. 5小時(shí)以上，然后過(guò)濾得到純化后的電解液。靜置有利于無(wú)水氯化鈣的下沉，便于后續(xù)過(guò)濾，以提高過(guò)濾效率。作為本發(fā)明純化電解液的方法的一種改進(jìn)，所述無(wú)水氯化鈣的純度大于99. 9%，即無(wú)水氯化鈣為分析純，這種無(wú)水氯化鈣具有較高的純度，以避免向電解液中引入額外的雜質(zhì)，造成對(duì)電解液性能的不良影響。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù) ，本發(fā)明的方法簡(jiǎn)單、實(shí)用，效果良好，能夠明顯地提高電解液的純度，降低雜質(zhì)含量，使電解液的氧化穩(wěn)定性提高，同時(shí)純度提高了的電解液無(wú)疑有助于高電壓電池的使用，使得電池即使在高電壓下使用時(shí)也具有良好的性能，從而使得電池的能
量密度得以提高。


圖1為純化前的電解液在25°C、45°C和60°C下的線性伏安掃描曲線圖(以Pt作為電極)。圖2為純化前的電解液和采用實(shí)施例1的方法純化后的電解液的線性伏安掃描曲線圖(以Pt作為電極)。圖3為純化前的電解液和采用實(shí)施例2的方法純化后的電解液的線性伏安掃描曲線圖(以Pt作為電極)。圖4為純化前的電解液和采用實(shí)施例3的方法純化后的電解液的線性伏安掃描曲線圖(以Pt作為電極)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明及其有益效果作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。以IM的LiPF6/(碳酸乙烯酯(EC):碳酸丙烯酯(PC):碳酸二乙酯(DEC) =1:1:1(體積比))的電解液為例，先分別在25°C、45°C和60°C下對(duì)高電壓電池用電解液進(jìn)行線性伏安掃描，其中的電極采用Pt電極，所得結(jié)果示于圖1。從圖1可以看出，在不同的溫度下，電解液在3 5. 5V vs. Li+/Li的范圍內(nèi)均有明顯的氧化峰的存在，這表明電解液發(fā)生了氧化反應(yīng)，而且隨著溫度的增加，反應(yīng)電流逐漸變大。這些氧化峰的存在即是電解液中存在雜質(zhì)的反映。此電解液應(yīng)用于4. 2V的電池中時(shí)，由于電位較低，對(duì)電池影響很?。划?dāng)將該電解液應(yīng)用于高電壓電池時(shí)，如4. 3V、4. 4V的電池，由于電位較高,此雜質(zhì)反應(yīng)會(huì)對(duì)電池性能產(chǎn)生不好的影響。需要說(shuō)明的是，通過(guò)氣相色譜等儀器不能檢測(cè)到這些雜質(zhì)，其原因在于這些雜質(zhì)在電解液中的含量很少，低于氣相色譜等儀器的檢測(cè)限，所以檢測(cè)不到。因此，本發(fā)明中使用線性伏安掃描來(lái)表征這些雜質(zhì)，這些雜質(zhì)的氧化峰出現(xiàn)的范圍為T(mén)5.5V vs. Li+/Li，而本實(shí)驗(yàn)中采用的EC、PC和DEC配制成IM的LiPF6溶液，其氧化電位在6. OV vs. Li+/Li以上，二者的出峰位置恰好錯(cuò)開(kāi)。因此，能夠使用線性伏安掃描中T5.5V vs. Li+/Li范圍內(nèi)出現(xiàn)的氧化峰來(lái)表征這些雜質(zhì)。實(shí)施例1
取5. 768克純度大于99. 9%的無(wú)水CaCl2置于130°C的真空干燥箱中，持續(xù)干燥20小時(shí)，然后將干燥好的無(wú)水氯化鈣從真空干燥箱中取出，并在干燥房中冷卻到常溫，再將其加入到電解液中，電解液的質(zhì)量為86克，攪拌10分鐘，靜置1. 5小時(shí)，然后過(guò)濾得到純化后的電解液。其中，電解液的配方為=LiPF6為溶質(zhì)，且溶質(zhì)在電解液中的濃度為1M，溶劑為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和碳酸二乙酯的混合溶劑，三者的體積比分別為1:1:1。然后分別取純化前和純化后的電解液，分別在Pt電極(Pt電極直徑為200 μ m)上做線性伏安掃描，掃描速率為lmV/s，掃描方向?yàn)檎娢环较?，其結(jié)果如圖2所示(測(cè)試用的是同一根Pt電極，以保證測(cè)試結(jié)果的可比性)。圖2中的曲線21為純化處理前的電解液的線性伏安掃描曲線，圖2中的曲線22為采用本實(shí)施例的方法純化后的電解液的線性伏安掃描曲線。從圖2可以看出，純化后的電解液的氧化電流明顯地降低了，這表明采用本發(fā)明的純化方法降低了電解液中雜質(zhì) 的含量。實(shí)施例2
取13. 212克純度大于99. 9%的無(wú)水CaCl2置于160°C的馬弗爐中，持續(xù)烘烤8小時(shí)，然后將干燥好的無(wú)水氯化鈣從馬弗爐中取出，并在干燥房中冷卻到常溫，再將其加入到電解液中，電解液的質(zhì)量為70克，攪拌15分鐘，靜置5小時(shí)，然后過(guò)濾得到純化后的電解液。其中，電解液的配方為=LiPF6為溶質(zhì)，且溶質(zhì)在電解液中的濃度為1M，溶劑為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和碳酸二乙酯的混合溶劑，三者的體積比分別為1:1:1。然后分別取純化前和純化后的電解液，分別在Pt電極(Pt電極直徑為200 μ m)上做線性伏安掃描，掃描速率為lmV/s，掃描方向?yàn)檎娢环较?，其結(jié)果如圖3所示(測(cè)試用的是同一根Pt電極，以保證測(cè)試結(jié)果的可比性)。圖3中的曲線31為純化處理前的電解液的線性伏安掃描曲線，圖3中的曲線32為采用本實(shí)施例的方法純化后的電解液的線性伏安掃描曲線。從圖3可以看出，純化后的電解液的氧化電流明顯地降低了，而且原先出現(xiàn)在4. 6V位置的氧化峰也消失了，這表明采用本發(fā)明的純化方法極大地降低了電解液中雜質(zhì)的含量，這將有助于高電壓電池的性能提升。實(shí)施例3
取5. 196克純度大于99. 9%的無(wú)水CaCl2置于110°C的真空干燥箱中，持續(xù)干燥16小時(shí)，然后將干燥好的無(wú)水氯化鈣從真空干燥箱中取出，并在干燥房中冷卻到常溫，再將其加入到電解液中，電解液的質(zhì)量為82克，攪拌20分鐘，靜置8小時(shí)，然后過(guò)濾得到純化后的電解液。其中，電解液的配方為=LiPF6為溶質(zhì)，且溶質(zhì)在電解液中的濃度為1M，溶劑為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和碳酸二乙酯的混合溶劑，三者的體積比分別為1:1:1。然后分別取純化前和純化后的電解液，分別在Pt電極(Pt電極直徑為200 μ m)上做線性伏安掃描，掃描速率為lmV/s，掃描方向?yàn)檎娢环较?，其結(jié)果如圖4所示(測(cè)試用的是同一根Pt電極，以保證測(cè)試結(jié)果的可比性)。圖4中的曲線41為純化處理前的電解液的線性伏安掃描曲線，圖4中的曲線42為采用本實(shí)施例的方法純化后的電解液的線性伏安掃描曲線。從圖4可以看出，純化后的電解液的氧化電流明顯地降低了，而且氧化起始電位也從原先的4. 2V增加到了 4. 5V，在3. 5^4. 2V的電位區(qū)間內(nèi)其電流值也有明顯地降低，這表明采用本發(fā)明的純化方法極大地降低了電解液中雜質(zhì)的含量，這將有助于高電壓電池的性能提升。實(shí)施例4
取4克純度大于99. 9%的無(wú)水CaCl2置于180°C的真空干燥箱中，持續(xù)干燥5小時(shí)，然后將干燥好的無(wú)水氯化鈣從真空干燥箱中取出，并在干燥房中冷卻到常溫，再將其加入到電解液中，電解液的質(zhì)量為80克,攪拌25分鐘,靜置3小時(shí),然后過(guò)濾得到純化后的電解液。其中，電解液的配方為=LiPF6為溶質(zhì)，且溶質(zhì)在電解液中的濃度為1M，溶劑為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和碳酸二甲酯的混合溶劑，三者的體積比分別為1:3:1。然后分別取純化前和純化后的電解液，分別在Pt電極(Pt電極直徑為200 μ m)上做線性伏安掃描，掃描速率為lmV/s,掃描方向?yàn)檎娢环较?測(cè)試用的是同一根Pt電極，以保證測(cè)試結(jié)果的可比性。結(jié)果表明，純化后的電解液的氧化電流明顯地降低了，這表明采用本發(fā)明的純化方法降低了電解液中雜質(zhì)的含量，這將有助于高電壓電池的性能提升。實(shí)施例5
取20克純度大于99. 9%的無(wú)水CaCl2置于180°C的馬弗爐中，持續(xù)干燥20小時(shí)，然后將干燥好的無(wú)水氯化鈣從馬弗爐中取出，并在干燥房中冷卻到常溫，再將其加入到電解液中，電解液的質(zhì)量為100克，攪拌30分鐘，靜置10小時(shí)，然后過(guò)濾得到純化后的電解液。其中，電解液的配方為=LiPF6為溶質(zhì)，且溶質(zhì)在電解液中的濃度為1M，溶劑為碳酸二乙烯酯、碳酸丙烯酯和碳酸二甲酯的混合溶劑，三者的體積比分別為1:2:1。然后分別取純化前和純化后的電解液，分別在Pt電極(Pt電極直徑為200 μ m)上做線性伏安掃描，掃描速率為lmV/s,掃描方向?yàn)檎娢环较?測(cè)試用的是同一根Pt電極，以保證測(cè)試結(jié)果的可比性。結(jié)果表明，純化后的電解液的氧化電流明顯地降低了，這表明采用本發(fā)明的純化方法降低了電解液中雜質(zhì)的含量，這將有助于高電壓電池的性能提升。根據(jù)上述說(shuō)明書(shū)的揭示和教導(dǎo)，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以對(duì)上述實(shí)施方式進(jìn)行變更和修改。因此，本發(fā)明并不局限于上面揭示和描述的具體實(shí)施方式
，對(duì)本發(fā)明的一些修改和變更也應(yīng)當(dāng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。此外，盡管本說(shuō)明書(shū)中使用了一些特定的術(shù)語(yǔ)，但這些術(shù)語(yǔ)只是為了方便說(shuō)明，并不對(duì)本發(fā)明構(gòu)成任何限制。
權(quán)利要求
1.一種純化電解液的方法，其特征在于將無(wú)水氯化鈣加入電解液中，使無(wú)水氯化鈣與電解液中的雜質(zhì)反應(yīng)10分鐘以上，過(guò)濾后得到純化后的電解液，所述雜質(zhì)為電解液的線性伏安掃描曲線中3-5. 5V電位區(qū)間內(nèi)的氧化峰所表示的物質(zhì)，所述無(wú)水氯化鈣的質(zhì)量與所述電解液的質(zhì)量比為(5-20) :100。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的純化電解液的方法，其特征在于所述無(wú)水氯化鈣的質(zhì)量與所述電解液的質(zhì)量比為(8-16) 100o
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的純化電解液的方法，其特征在于所述無(wú)水氯化鈣的質(zhì)量與所述電解液的質(zhì)量比為12 :100。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的純化電解液的方法，其特征在于使用所述無(wú)水氯化鈣前，先將無(wú)水氯化鈣置于干燥裝置中，在100°C以上的溫度下干燥處理，干燥持續(xù)時(shí)間為5 20小時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的純化電解液的方法，其特征在于所述干燥裝置為馬弗爐或真空干燥箱。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的純化電解液的方法，其特征在于將所述無(wú)水氯化鈣加入所述電解液中后，攪拌1(Γ30分鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的純化電解液的方法，其特征在于將攪拌后的電解液靜置1.5 小時(shí)以上，然后過(guò)濾得到純化后的電解液。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的純化電解液的方法，其特征在于所述無(wú)水氯化鈣的純度大于 99. 9%ο
全文摘要
本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電解液的純化方法，將無(wú)水氯化鈣加入電解液中，使無(wú)水氯化鈣與電解液中的雜質(zhì)反應(yīng)10分鐘以上，過(guò)濾后得到純化后的電解液，所述雜質(zhì)為電解液的線性伏安掃描曲線中3-5.5V電位區(qū)間內(nèi)的氧化峰所表示的物質(zhì)，所述無(wú)水氯化鈣的質(zhì)量與所述電解液的質(zhì)量比為(5-20)∶100。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的方法簡(jiǎn)單、實(shí)用，效果良好，能夠明顯地提高電解液的純度，降低雜質(zhì)含量，使電解液的氧化穩(wěn)定性提高，同時(shí)純度提高了的電解液無(wú)疑有助于高電壓電池的使用，使得電池即使在高電壓下使用時(shí)也具有良好的性能，從而使得電池的能量密度得以提高。
文檔編號(hào)H01M10/058GK103050734SQ20121055768
公開(kāi)日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月20日
發(fā)明者韓昌隆, 王小梅, 付成華, 任建勛, 趙豐剛 申請(qǐng)人:寧德新能源科技有限公司