[發(fā)明專(zhuān)利]一種鋰離子動(dòng)力電池用阻燃電解液及采用其制備的鋰離子動(dòng)力電池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210436152.7
• 申請(qǐng)日: 2012-11-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103811811B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 嚴(yán)紅;呂豪杰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 萬(wàn)向電動(dòng)汽車(chē)有限公司;萬(wàn)向集團(tuán)公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M10/0567
• 分類(lèi)號(hào): H01M10/0567;H01M10/0569;H01M10/0525
• 代理公司: 杭州杭誠(chéng)專(zhuān)利事務(wù)所有限公司33109
• 代理人: 尉偉敏

技術(shù)領(lǐng)域

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(dòng)力電池用阻燃電解液及采用其制備的鋰離子動(dòng)力電池。

背景技術(shù)

鋰離子動(dòng)力電池在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域及大型儲(chǔ)能設(shè)備等動(dòng)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(zhǎng)、高功率、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，成為目前新能源領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。隨著鋰離子電池的迅猛發(fā)展以及電動(dòng)汽車(chē)對(duì)大容量鋰離子電池的需求，迫切需要開(kāi)發(fā)具有高安全性、高容量、高功率，長(zhǎng)壽命及環(huán)保的鋰離子動(dòng)力電池。目前制約高容量動(dòng)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(dòng)力電池的安全性能是制約鋰離子電池發(fā)展的一個(gè)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(jiǎn)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(diǎn)、高閃點(diǎn)和不易燃的溶劑可達(dá)到阻燃的效果。

美國(guó)專(zhuān)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(lèi)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(diǎn)，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(dá)到阻燃效果，但大量的阻燃添加劑的加入會(huì)對(duì)電池的性能有很大的負(fù)面影響，這些阻燃添加劑的應(yīng)用受到了限制，因此，急需開(kāi)發(fā)能在不影響鋰離子電池基本性能的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)阻燃性能的電解液。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個(gè)目的在于為了增加鋰離子動(dòng)力電池的安全性，解決目前鋰離子動(dòng)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(duì)電池本身存在嚴(yán)重負(fù)面影響的問(wèn)題，提供一種鋰離子動(dòng)力電池用阻燃電解液。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種采用鋰離子動(dòng)力電池用阻燃電解液制備而成的鋰離子動(dòng)力電池。

為了達(dá)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(dòng)力電池用阻燃電解液，該電解液由有機(jī)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(jī)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?jǐn)?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。

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(duì)電解液中的其他物質(zhì)影響較小，對(duì)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(jìn)而進(jìn)一步降低阻燃添加劑對(duì)電解液的影響，但是太小的話阻燃效果會(huì)達(dá)不到預(yù)期目的，因此添加量要適量。

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-2λ⁵,4λ⁵,6λ⁵-[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。

作為優(yōu)選方案，所述有機(jī)溶劑中含有占有機(jī)溶劑重量百分?jǐn)?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。

作為優(yōu)選方案，所述有機(jī)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。

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(jī)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(gè)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(jī)溶劑中有良好的電導(dǎo)率。同時(shí)，它還可以在正極表面形成鈍化膜，另外它可以防止石墨負(fù)極的碳層剝落。