[發(fā)明專利]保護鋰離子電池過充電的電解液用添加劑

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210547127.6
• 申請日: 2012-12-17
• 公開（公告）號: CN103022559A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 許揚;龐雪;馬紫峰;趙正威
• 申請（專利權(quán)）人: 上海中聚佳華電池科技有限公司
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567
• 代理公司: 吉林長春新紀(jì)元專利代理有限責(zé)任公司 22100
• 代理人: 陳宏偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提供一類保護鋰離子電池過充電的電解液用添加劑，用于鋰離子電池氧化還原對添加劑及鋰離子電池電解液，特別涉及鋰離子電池過充條件下使用的功能性電解液；屬于鋰離子動力電池技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鋰離子動力電池可認(rèn)為是21世紀(jì)的綠色二次電池。它具有電壓高、比能量大、充放壽命長、放電性能穩(wěn)定、無污染等特點。但目前最值得關(guān)注的問題是電池在使用過程中的安全問題，安全性問題對鋰離子電池至關(guān)重要,尤其在高溫、短路、過充、振動、擠壓和撞擊等,容易出現(xiàn)冒煙、著火甚至爆炸等情況。其安全隱患可歸納為外部短路、內(nèi)部短路、及過充電三種。鋰離子動力電池在過充電條件下的安全性是一大問題。鋰離子動力電池在過充電時,由于電池電壓隨極化增大而迅速上升，勢將引發(fā)正極活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)的不可逆變化以及電解液的氧化分解，從而導(dǎo)致大量的氣體生產(chǎn)并伴隨放熱反應(yīng)，電池內(nèi)壓升高電池氣脹現(xiàn)象明顯。

為防止過充電，提高電池安全性，通常采用專用的充電電路、正溫系數(shù)電阻器及特制隔膜等方法，雖然這些方法都具有一定的效果，但并不能在根本上徹底解決過充電的安全性問題。因此，人們希望在電解液中加入添加劑，控制電池過充電時的內(nèi)壓，建立內(nèi)在的保護機制來完成過充電安全保護。

目前常用的防止過充電的添加劑在加入以后雖然在一定程度上能夠提高鋰離子電池的過充電安全性但同時也在一定程度上提高了電池的內(nèi)阻從而破壞了電池在常溫下的使用壽命。此種情況會影響鋰離子電池的進(jìn)一步推廣及應(yīng)用。需要尋求一種在不影響正常使用性能的前提下又能夠起到過充保護的電解液添加劑。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一類保護鋰離子電池過充電的電解液添加劑，此添加劑能夠起到過充電保護目的，解決了過充電引起的安全性問題。

本發(fā)明的鋰離子電池電解液用添加劑是一種含硝基吡啶環(huán)的氟化物。在電解液中的比例為0.2%~2%的范圍內(nèi)。其基本結(jié)構(gòu)式如下：

其中X為氟原子，可分別在2或3位存在。

所述的鋰離子電池防過充保護電解液添加劑選自：2氟-4硝基吡啶、3氟-4硝基吡啶或它們的混合物。

本發(fā)明提供的鋰離子電池電解液，其特征在于：在鋰離子電池電解液中含有上述添加劑的比例為0.2%~2%；所述的添加劑選自：2氟-4硝基吡啶、3氟-4硝基吡啶或它們的混合物。

本發(fā)明所述的鋰離子電池電解液，其特征在于：將碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯按體積比1:1:1比例混合制備成溶質(zhì)為六氟磷酸鋰、濃度為1.1mol/L的電解液，向其中加入比例為0.2%~2%上述的添加劑，即得。

本發(fā)明使用的添加劑為氧化還原穿梭劑，其氧化電位高于正極正常充電電位，當(dāng)電池在正常充電范圍內(nèi)時，該添加劑不參與化學(xué)反應(yīng)，當(dāng)充電電壓達(dá)到氧化還原起始反應(yīng)電位時，例如：LFP正極保護電壓可選擇在3.8V~4.1V區(qū)間，當(dāng)電位超過正極的充電終止電位時，添加劑開始在正極上氧化，氧化產(chǎn)物擴散到負(fù)極上并被還原為初始狀態(tài)的分子（過程中不伴有副反應(yīng)的發(fā)生），此后，還原產(chǎn)物再擴散到正極被氧化，整個過程循環(huán)進(jìn)行，正極電位恒定在該物質(zhì)的氧化電位。由此起到防止過充、均衡串聯(lián)電池SOC的作用。

本發(fā)明的積極效果在于：采用含硝基吡啶環(huán)的氟化物作為添加劑，從根本上解決了電池在過充條件下的安全性能，避免電池脹氣、發(fā)熱等不穩(wěn)定因素引起的燃燒、爆炸等嚴(yán)重后果；避免了電池組由于一致性問題引起的個別電池充電至高電壓的現(xiàn)象，提高了電池組整體的安全性。

附圖說明

圖1為對比例中過充電曲線；

圖2為實施例1功能性電解液的循環(huán)伏安測試曲線圖；

圖3為實施例2中電池4次循環(huán)曲線圖；

圖4為實施例2中過充狀態(tài)下的溫度與電壓關(guān)系曲線圖；

圖5為實施例?3中電池4次循環(huán)曲線；

圖6為實施例3中電池過充條件下的溫度與電壓關(guān)系曲線圖；

圖7為實施例?4中電池4次循環(huán)曲線；

圖8為實施例4中電池過充條件下的溫度與電壓關(guān)系曲線圖；

圖9為實施例5中電池320次循環(huán)曲線；

圖10為實施例5中電池過充條件下的溫度與電壓關(guān)系曲線圖；

圖11為實施例6中電池450次循環(huán)曲線；

圖12為實施例6中電池過充條件下的溫度與電壓關(guān)系曲線圖。

具體實施方式??

為進(jìn)一步了解本發(fā)明的特征、技術(shù)手段以及所達(dá)到的具體目的、功能，下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述，實際本發(fā)明實施方式不僅限與此。