[發明專利]一種高效低毒阻燃的鋰電池電解液及其鋰電池

有效

• 申請號: 200710052150.7
• 申請日: 2007-05-10
• 公開（公告）號: CN101079504A
• 公開（公告）日: 2007-11-28
• 發明（設計）人: 楊漢西;馮金奎;曹余良;艾新平
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: H01M10/40
• 分類號: H01M10/40;H01M6/16
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司
• 代理人: 朱必武

技術領域

本發明涉及一種使用新型磷酸酯電解液的鋰電池。具體地涉及以一種或一種以上的磷酸酯為溶劑的電解液和包含這種電解液的鋰電池，屬于電化學和化學電源產品的技術領域。

背景技術

隨著信息技術的飛速發展，便攜式電子設備日益普及，對于高比能量電池的需求逐年增加。鋰電池具有高電壓、低自放電率、高能量密度等顯著優點，正逐步取代傳統電池不斷擴展應用領域和市場份額。

然而，鋰電池存在的安全性隱患一直是應用關心的首要問題。目前鋰電池使用的電解液為易燃的碳酸酯(醚)的混合溶劑體系，當在過充，短路，受熱等濫用的條件下，電池可能點火，燃燒或爆炸，引發不安全事故.

為了改善鋰電池的安全性，美國專利US?6,589,697，US6,924,061，US6,589,697報道了以磷酸三甲酯(TMP)，磷酸三苯酯(TPP)，磷酸三丁酯(TBP)，三氟乙基磷酸酯(TFFP)等磷酸酯作為電解液添加劑，以降低電解液的可燃性。這些磷酸酯大都具有高粘度，高的凝固點，低的鋰鹽溶解度，較低磷含量，不能單獨作為溶劑，即使作為添加劑也用量受限。當這類添加劑用量過多時對電池性能影響很大，且具有較大的毒性。因此，需要發展低毒性、高阻燃性、電化學兼容性的電解質溶液.

發明內容

本發明的目的在于提供一種高效低毒阻燃的鋰電池電解液及其鋰電池，此電解液是以一種或一種以上的磷酸酯為純溶劑或溶劑組分，這類磷酸酯化合物具有低粘度，低毒，較寬的電化學窗口和溫度范圍，同時具有高效阻燃效果。與現有的鋰電池體系相比，采用這種電解液的鋰電池不僅具有良好的電化學性能，且安全性大幅提高，具有更廣的應用市場。

本發明的技術方案是：一種高效低毒阻燃的鋰電池電解液，該電解液由磷酸酯溶劑和鋰鹽構成，其特征在于：一種或一種以上的磷酸酯作為純溶劑，或作為溶劑組分，其磷酸酯是有1個或兩個烷基與磷元素直接相連的鏈狀磷酸酯或者環狀磷酸酯，這些取代基X是烷基、酰基或酯基有機官能團。

如上所述的高效低毒阻燃的鋰電池電解液，其特征在于：所述磷酸酯是：甲基磷酸二甲酯，乙基磷酸二乙酯，乙基磷酸二甲酯。

一種磷酸酯電解液的鋰電池，其組成包括正極、負極、磷酸酯電解液和隔膜，其特征在于：采用上述的磷酸酯電解液。

本發明的原理如下：

1、磷酸酯電解液：

一種或一種以上的磷酸酯為純溶劑或溶劑組分，其磷酸酯主要是有1個或兩個烷基與磷元素直接相連的鏈狀磷酸酯或者環狀磷酸酯。這些取代基可以是烷基，羰基，酰基，酯基等有機官能團。電解質鹽為常規使用的鋰鹽，如選自六氟磷酸鋰(LiPF₆)、四氟硼酸鋰(LiBF₄)、六氟砷酸鋰(LiAsF₆)、高氯酸鋰(LiClO₄)、三氟甲基磺酰亞胺鋰(LiCF₃SO₃)、雙三氟甲基磺酰亞胺鋰(N(CF₃SO₂)₂)和三氟磺酰鋰(LiCF₃SO₃)雙乙二酸硼酸鋰(LiBOB)中的至少一種。

上述磷酸酯電解液由下述方法制得：

將磷酸酯用4A鋰化分子篩除水48小時，然后在無水無氧手套箱中將鋰鹽緩緩加入磷酸酯中，配成不同濃度電解液，組裝電池。

電解質鹽的濃度為0.1-5.0M。

2、正極，其組成包括：正極活性材料、導電材料和粘接劑，其中正極活性材料包含選自下列材料中的一種：金屬或者非金屬的氧化物，鹵化物，含硫化合物，以及他們和鋰氧化物的復合化合物。

其中導電劑為石墨、乙炔黑或者他們的混合物。

其中粘接劑為聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯或其混合物。

3、負極：其組成包括負極活性材料、導電材料和粘接劑。

所述負極活性物質選自鋰金屬、含鋰的合金、以及其它能夠可逆地嵌入鋰離子的化合物和可以在鋰表面與鋰離子進行可逆氧化還原作用的化合物；

其中導電劑為石墨、乙炔黑或者他們的混合物。

其中粘接劑為聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、羧甲基纖維素、丁苯橡膠或其混合物。

4、隔膜：為聚丙烯微孔膜。

與已有的技術相比，本發明的磷酸酯電解液及其鋰電池具有兩個突出的優點：

1)所采用的磷酸酯，具有綠色低毒，高磷含量，低粘度，寬的電位窗口，高的鋰鹽溶解度和合適的電導率，以及對正負極的電化學兼容性好。