[发明专利]一种基于质量三角形模型的电解液组份优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于质量三角形模型的电解液组份优化方法，属于二次电池再分选技术领域。

背景技术

如今锂离子电池得到广泛应用，已从手机、笔记本扩展到电动车、航天，潜艇等领域。电解液是锂离子电池的重要组成部分，主要由锂盐和溶剂组成。电解液在电池内部正负极之间承担着传递电荷的作用，需离子电导率高，化学性质稳定，热稳定性好，安全无污染，价格低廉等。其中，电导率是衡量电解液的最主要参数之一。高的电导率可以保证锂离子的快速传输。

电解液溶剂主要用来溶解锂盐，它对电解液的电导率、电池的首次循环效率、可逆容量、安全性等都有重要影响。溶剂的许多性能参数与锂离子电池的优劣密切相关，优等的溶剂需粘度小、熔点低、介电常数高、氧化还原稳定等。锂离子电池的电解液溶剂多采用的是碳酸酯类溶剂，其中，碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)等是目前几种广泛应用的有机溶剂。

EC介电常数大(89.78)，主要用于溶解锂盐，并且还是电极表面成膜的主要反应溶剂。但其熔点高，不适于低温应用。PC熔点低(-48.8℃)，但易与锂离子一起共嵌入石墨负极材料造成材料破坏。EMC粘度小(0.65mPa s^-1)，熔点低(-55℃)，但介电常数小(2.958)。基于单一溶剂理化性能的优点和不足，使用混合溶剂，实现扬长避短是优化电解液组成、实现电极/电解液相容性，改善电极充放电行为的重要途径。这些参数之间的矛盾，最终可通过对各溶剂比例的调节来达到最优状态。

质量三角形模型被广泛应用于冶金行业，是一种通过已知数据来预测未知区域相关参数值的模型。其在界面张力，粘度，电导率等方面都可以发挥准确预测的功能。

发明内容

本发明的目的是为了解决锂离子电池电解液多种溶剂比例优化耗时耗费试剂且效果不佳的问题，提出了一种基于质量三角形模型对溶剂组份进行优化的方法，通过质量三角形模型对可用区域预测，得到预测结果后通过分析数据得到优化电解液。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的一种基于质量三角形模型的电解液组份优化方法，将质量三角形模型引入锂离子电池电解液电导率的预测计算中，由实验测定某些基础点的电导率，根据基础点的电导率预测出其他点的电导率值并绘出电导率等高线。通过对等高线变化趋势分析得到优化的电解液组成，达到电解液组份优化的目的，最终实验电池性能的提高；具体步骤如下：

1)根据电池应用需要选定所需溶剂种类以及所要测的参数，如果溶剂种类大于三种，先拟定某三种的质量比为变量，其他为定量；

2)根据每种溶剂的理化参数特点，标定每种溶剂可以使用的上限和下限；

3)在三角坐标系上画出这三种溶剂的上限和下限，由六条线围成一个可用区域；溶剂的上限和下限是指保证电池工作正常的界限；

4)在可用区域的边界线上选取5～20个点作为基础点，作为之后模型计算的基础；由实验测得这些基础点的电导率值；

5)将这些基础点的电导率值输入质量三角形模型计算程序，由电脑程序计算出可用区域内各点的电导率值，并绘制出电导率值等高线；

6)跟据电导率值等高线的变化趋势，在预测结果的空白区域或电导率值变化复杂的区域寻找可能为电导率最大值的组成点，称为猜测点。由实验测定猜测点的电导率值，若大于所有基础点的电导率值，即得到此三种溶剂的优化比例值；否则，按质量三角形模型计算程序计算出的最大值为最终优化结果。

7)将已优化比例的三种溶剂视为一个变量，重复步骤2)至6)进一步对其他未优化的溶剂进行优化，最终得到所有溶剂的优化比例值；

8)在氩气手套箱中配置最终所得到的优化电解液，组装电池测试相关性能。

上述步骤1)中的溶剂为碳酸酯、羧酸酯、醚类溶剂中的一种或其混合物；

上述步骤1)中电池应用包括优化高温、低温性能或电化学窗口的应用；

上述步骤1)优化的参数可以是电解液电导率或粘度；

上述步骤4)中基础点数为7～10；

上述步骤8)中组装电池可以为LiFePO₄、LiCoO₂或三元材料等各种电池材料组装的电池。

有益效果

本发明中参数预测准确，程序容易操作，节约时间节约资金。优化后的电解液可提高电池的充放电性能。

附图说明

图1为可用区域及基础点分布图；

图2为常温预测结果；