一種鋰離子動力電池用阻燃電解液及采用其制備的鋰離子動力電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及鋰離子電池【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種鋰離子動力電池用阻燃電解液及采用其制備的鋰離子動力電池。目的是為了解決目前鋰離子動力電池電解液中為了提高鋰離子電池的安全性而采用的電解液對電池本身存在嚴重負面影響的問題。電解液由有機溶劑、電解質(zhì)、成膜添加劑和阻燃添加劑組成，電解質(zhì)在有機溶劑中的摩爾濃度為0.6-1.3mol/L，成膜添加劑和阻燃添加劑在電解液中的重量百分數(shù)分別為2-5%、5-8%，阻燃添加劑為環(huán)狀三聚磷腈化合物。本發(fā)明阻燃劑具有高沸點、低粘度特性，通過去其他組分相結(jié)合使得該電解液具有良好的阻燃效果；并且應(yīng)用該電解液的動力電池在實現(xiàn)電池性能不受影響的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了較好的阻燃性能，達到了預(yù)期的目的。
【專利說明】—種鋰離子動力電池用阻燃電解液及采用其制備的鋰離子動力電池
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋰離子電池【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種鋰離子動力電池用阻燃電解液及采用其制備的鋰離子動力電池。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子動力電池在電動汽車領(lǐng)域及大型儲能設(shè)備等動力能源領(lǐng)域的巨大應(yīng)用前景，引起了眾多科學(xué)工作者及企業(yè)單位的關(guān)注。鋰離子電池由于能量密度大、工作電壓高、循環(huán)壽命長、高功率、環(huán)境友好等優(yōu)點，成為目前新能源領(lǐng)域研究的熱點。隨著鋰離子電池的迅猛發(fā)展以及電動汽車對大容量鋰離子電池的需求，迫切需要開發(fā)具有高安全性、高容量、高功率，長壽命及環(huán)保的鋰離子動力電池。目前制約高容量動力電池應(yīng)用的最大的障礙就是電池的安全性，作為新一代的綠色能源產(chǎn)品，鋰離子動力電池的安全性能是制約鋰離子電池發(fā)展的一個重要因素。鋰離子電池自身存在著許多安全隱患，在電解液中加入添加劑是提高鋰離子電池安全性的簡單并且有效的方法。在降低溶劑可燃性方面，在電池中添加一些高沸點、高閃點和不易燃的溶劑可達到阻燃的效果。
[0003]美國專利US6589697，US6924061，US6589697，公布的鋰離子電解液采用了磷酸三甲酯(TMP)，磷酸三苯酯(TPP)，磷酸三丁酯(TBP)，三氟乙基磷酸酯等磷酸酯類作為電解液添加劑，已降至電解液的可燃性，提高鋰離子電池的安全性能。但是這些大都具有高粘度，高的凝固點，低鋰鹽溶解度，作為阻燃添加劑使用，用量通常較大(10%以上)才能達到阻燃效果，但大量的阻燃添加劑的加入會對電池的性能有很大的負面影響，這些阻燃添加劑的應(yīng)用受到了限制，因此，急需開發(fā)能在不影響鋰離子電池基本性能的基礎(chǔ)上實現(xiàn)阻燃性能的電解液。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的一個目的在于為了增加鋰離子動力電池的安全性，解決目前鋰離子動力電池電解液中為了提高鋰離子電池的安全性而采用的電解液對電池本身存在嚴重負面影響的問題，提供一種鋰離子動力電池用阻燃電解液。
[0005]本發(fā)明的另一個目的是提供一種采用鋰離子動力電池用阻燃電解液制備而成的鋰離子動力電池。
[0006]為了達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種鋰離子動力電池用阻燃電解液，該電解液由有機溶劑、電解質(zhì)、成膜添加劑和阻燃添加劑組成，電解質(zhì)在有機溶劑中的摩爾濃度為0.6-1.3mol/L，成膜添加劑和阻燃添加劑在電解液中的重量百分數(shù)分別為2-5%、5-8%，所述阻燃添加劑為環(huán)狀三聚磷腈化合物。
[0007]環(huán)狀三聚磷腈化合物由于環(huán)狀結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，具有很好的耐酸耐堿以及耐高溫特性。環(huán)狀三聚磷腈化合物作為阻燃劑添加入電解液中不僅添加量少，并且對電解液中的其他物質(zhì)影響較小，對電解液的粘度影響較小。由于阻燃劑的阻燃效果較好好，所以添加量要比常規(guī)的阻燃劑添加量小，進而進一步降低阻燃添加劑對電解液的影響，但是太小的話阻燃效果會達不到預(yù)期目的，因此添加量要適量。
[0008]作為優(yōu)選方案，所述環(huán)狀三聚磷腈化合物為2-乙氧基-2，4，4，6，6_五氟-2 λ 5，4 λ 5，6 λ 5-[1，3，5，2，4，6]三聚磷腈、2，4- 二乙氧基-2，4，6，6-四氟三聚磷腈或2，2，4，4，6-五氟-6-苯氧基三聚磷腈。氟、乙氧基或苯氧基取代的環(huán)狀三聚磷腈化合物不僅具有優(yōu)良的阻燃效果，而且具有更好的耐高溫特性和阻燃效果。
[0009]作為優(yōu)選方案，所述有機溶劑中含有占有機溶劑重量百分數(shù)為1-2%的三乙胺。三乙胺可以和電解液中的H+反應(yīng)，減少氣體生成，抑制電池的膨脹，從而降低電池的安全隱患。
[0010]作為優(yōu)選方案，所述有機溶劑的其他組分為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯的混合液，碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯的體積比為5-10:1:5-8:3-8ο
[0011]作為優(yōu)選方案，所述電解質(zhì)為六氟磷酸鋰和二草酸硼酸鋰，六氟磷酸鋰和二草酸硼酸鋰在有機溶劑中的摩爾濃度分別為0.5-1.2mol/L和0.1-0.3 mol/L。這個濃度范圍的鋰鹽可以為電解液提供較高的電導(dǎo)率，為電池的性能提供保障。但是由于六氟磷酸鋰熱穩(wěn)定性較差，易水解，且基于它的電解液的低溫電導(dǎo)率較低，因此存在很多局限。而二草酸硼酸鋰雖然不含氟離子，但仍然具有較好的熱穩(wěn)定性和較寬的電化學(xué)窗口，并且在有機溶劑中有良好的電導(dǎo)率。同時，它還可以在正極表面形成鈍化膜，另外它可以防止石墨負極的碳層剝落。
[0012]作為優(yōu)選方案，所述成膜添加劑由占電解液重量百分數(shù)的以下組分組成:碳酸亞乙烯酯1-3%和亞硫酸丙烯酯1-2%。兩個組分發(fā)生還原聚合,能夠在石墨電極表面形成SEI膜，SEI膜具有有機溶劑不溶性，在有機電解質(zhì)溶液中能穩(wěn)定存在，并且溶劑分子不能通過該層鈍化膜，從而能有效防止溶劑分子的共嵌入，避免了因溶劑分子共嵌入對電極材料造成的破壞，因而大大提高了電極的循環(huán)性能和使用壽命。但是SEI膜的形成消耗了部分鋰離子，使得首次充放電不可逆容量增加，降低了電極材料的充放電效率因此成膜劑的濃度不宜過高。
[0013]一種鋰離子動力電池，采用上述所說的一種鋰離子動力電池用阻燃電解液制備而成。通過采用該電解液制備的鋰離子動力電池能夠在不影響電池性能的基礎(chǔ)上實現(xiàn)良好的阻燃性能。
[0014]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明的電解液通過采用四溶劑體系，使得電解液具有合適的粘度和介電常數(shù)，同時，鋰鹽濃度為0.6-1.3mol/L使電解液具有了較高的電導(dǎo)率，從而保證動力電池的高倍率及功率特性；本發(fā)明的電解液通過采用具有高沸點、低粘度特性的環(huán)狀三聚磷腈化合物的阻燃劑使得該電解液具有良好的阻燃效果；應(yīng)用該電解液的動力電池在實現(xiàn)電池性能不受影響的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了較好的阻燃性能，達到了預(yù)期的目的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1鋰離子動力電池的充放電曲線圖；
圖2鋰離子動力電池的循環(huán)性能曲線圖?！揪唧w實施方式】
[0016]下面通過具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步描述說明。
[0017]本發(fā)明的阻燃劑為:2_乙氧基-2，4，4，6，6-五氟 _2 X 5，4 X 5，6 入 5-[1，3，5，2，4，6]二聚憐臆、2，4- 二乙氧基-2，4, 6, 6-四氟二聚憐臆和2，2, 4, 4, 6-五氟-6-苯氧基二聚憐臆均來自日本化學(xué)工業(yè)(英文Nippon Chemical)。
[0018]實施例一:
鋰離子動力電池用阻燃電解液的制備:
將有機溶劑:碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯按照表1的體積比進行混合，然后按照表1的添加量加入三乙胺、六氟磷酸鋰和二草酸硼酸鋰，成膜添加劑:碳酸亞乙烯酯和亞硫酸丙烯酯，阻燃劑:2-乙氧基-2，4，4，6，6-五氟-2入5，4入5，6入5-[1，3，5，2，4，6]三聚磷腈，并于55°C加熱使各組分溶解，最后加入，混合均勻得到電解液。
[0019]實施例二:
鋰離子動力電池用阻燃電解液的制備:
根據(jù)實施例一的方法并按表1的體積比及添加量制備電解液，其中阻燃劑為2，4-二乙氧基-2，4, 6, 6-四氟二聚憐臆。
[0020]實施例三:
鋰離子動力電池用阻燃電解液的制備:
根據(jù)實施例一的方法并按表1的體積比及添加量制備電解液，其中阻燃劑為2，2, 4, 4, 6-五氟-6-苯氧基二聚憐臆。
[0021]表1
【權(quán)利要求】
1.一種鋰離子動力電池用阻燃電解液，其特征在于，所述電解液由有機溶劑、電解質(zhì)、成膜添加劑和阻燃添加劑組成，電解質(zhì)在有機溶劑中的摩爾濃度為0.6-1.3mol/L，成膜添加劑和阻燃添加劑在電解液中的重量百分數(shù)分別為2-5%、5-8%，所述阻燃添加劑為環(huán)狀三聚磷腈化合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子動力電池用阻燃電解液，其特征在于，所述環(huán)狀三聚磷腈化合物為2-乙氧基-2，4，4，6，6-五氟-2 λ 5，4 λ 5，6 λ 5-[1，3，5，2，4，6]三聚磷腈、2,4- 二乙氧基-2，4, 6, 6-四氟二聚憐臆或2，2, 4, 4, 6-五氟-6-苯氧基二聚憐臆。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子動力電池用阻燃電解液，其特征在于，所述有機溶劑中含有占有機溶劑重量百分數(shù)為1-2%的三乙胺。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種鋰離子動力電池用阻燃電解液，其特征在于，所述有機溶劑的其他組分為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯的混合液，碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯的體積比為5-10:1:5-8:3-8。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種鋰離子動力電池用阻燃電解液，其特征在于，所述電解質(zhì)為六氟磷酸鋰和二草酸硼酸鋰，六氟磷酸鋰和二草酸硼酸鋰在有機溶劑中的摩爾濃度分別為 0.5-1.2mol/L 和 0.1~θ.3 mol/L。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種鋰離子動力電池用阻燃電解液，其特征在于，所述成膜添加劑由占電解液重量百分數(shù)的以下組分組成:碳酸亞乙烯酯1-3%和亞硫酸丙烯酯 1_2%。
7.—種鋰離子動 力電池，其特征在于，所述鋰離子動力電池采用權(quán)利要求1或2或3所述的一種鋰離子動力電池用阻燃電解液制備而成。
【文檔編號】H01M10/0567GK103811811SQ201210436152
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月6日
【發(fā)明者】嚴紅, 呂豪杰 申請人:萬向電動汽車有限公司, 萬向集團公司