[發明專利]一種不燃二次鋰電池

無效

• 申請號: 201310471313.0
• 申請日: 2013-10-10
• 公開（公告）號: CN103474699A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 曹余良;吳冰斌;楊漢西;艾新平;曾子琪;江曉宇
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: H01M10/0569
• 分類號: H01M10/0569;H01M10/0567
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 張火春

技術領域

本發明屬于二次鋰電池技術領域，具體涉及一種含有不可燃電解液的二次鋰電池。

背景技術

鋰離子電池由于具有工作電壓高、比容量高、質量輕、自放電率低、環境污染小等優點，得到廣泛的應用，近年來，特別是在純電動車EV和混合動力電動車HEV領域中更是受到關注。但鋰離子電池的安全事故頻發，安全性問題制約著其大規模應用。導致安全性問題的主要原因是常規碳酸酯電解液極易燃燒，存在著重大的安全隱患。因此，發展完全不燃燒的電解液是消除電解液燃燒的根本途徑。而發展完全不燃電解液的關鍵在于不燃溶劑，并且要求溶劑具有液程寬、介電常數大、粘度小及潤濕性好等特點，以滿足作為電解液的要求。目前較常見的不燃溶劑主要有氟代醚類、膦酸酯類及離子液體等，從物性、環保和工業來源比較，膦酸酯類化合物是不燃溶劑最佳的選擇。

膦酸酯類化合物作為阻燃劑的研究很多，通過研究發現，膦酸酯化合物即使添加很少的量(如5％)對鋰離子電池石墨負極的性能影響也很大。膦酸酯化合物在石墨表面上存在著明顯的還原分解，并且膦酸酯化合物會隨著鋰離子嵌入石墨而發生共嵌，造成石墨層的剝離，嚴重影響電極的性能。因此，膦酸酯類化合物要作為溶劑，必須避免其在石墨表面的分解。加入成膜劑可以在一定程度上改善電極與溶液的界面性質，從而提高電解液與石墨的兼容性，但這種提高程度十分有限，石墨的性能還是難以發揮。由此可見，膦酸酯類化合物要想成功應用于負極材料，還得尋找與之匹配的負極材料體系。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提高二次鋰電池的安全性能，防止電解液燃燒。

本發明要解決的另一技術問題是尋找與磷酸酯類化合物電解液相匹配的電極材料。

本發明解決上述問題所采用的技術方案為：

一種不燃二次鋰電池，包括有正極、負極和電解液，其特征在于：所述電解液的溶劑為膦酸酯類化合物，其結構式為

式中R₁、R₂或R₃為烷基、烷氧基、芳基、以及鹵素取代的烷基、烷氧基和芳基；電解液還包括有鋰鹽。另外，膦酸酯作為共溶劑與碳酸酯混合得到的不燃電解液也屬于本發明的膦酸酯不燃電解液的保護范疇。

優選地，所述膦酸酯類化合物的結構式中R₁、R₂或R₃為C1～C2的烷基、烷氧基或者鹵素取代的C1～C2的烷基、烷氧基。

優選地，含有膦酸酯不燃溶劑的二次鋰電池的負極采用非嵌入機理、非層狀結構的硅基合金、錫基合金或者銻基合金，硅基合金包括硅鐵合金或者氧化亞硅合金，實現了電極與不燃膦酸酯類電解液良好的兼容性。

優選地，所述電解液中添加有成膜劑，成膜劑包括碳酸乙烯酯、碳酸亞乙烯酯、乙烯基碳酸乙烯酯、氟代乙烯酯、氯代乙烯酯、1，3-丙烷磺內酯、雙草酸硼鋰、CO₂、SO₂中的一種或一種以上的混合物。成膜劑的添加量為0～20％。

具體地，所述正極材料采用LiFePO₄、LiMn₂O₄、LiCoO₂或者LiNi_xCo_yMn_zO₂中的一種；所述電解液中的鋰鹽為LiClO₄、LiBF₄、LiPF₆、LiAsF₆、LiBOB或LiTFSI中的至少一種。

與現有技術相比，本發明的優點在于：將膦酸酯類化合物作為二次鋰電池電解液的溶劑，配制成不易燃燒的電池體系，提高了二次鋰電池的安全性能。此外，為了克服膦酸酯類化合物與石墨電極兼容性差的缺點，采用硅基合金、錫基合金或者銻基合金等合金材料代替原石墨作為電池的負極材料，且具有和常規碳酸酯電解液相近的電化學性能。由于本發明的電解液是不可燃的，使得由本發明的不燃電解液組裝的二次鋰電池具有很高的安全性。

附圖說明

圖1為本發明實施例的膦酸酯類化合物的結構圖。

圖2為本發明實施例1中SiO及SiFe負極在膦酸酯類不燃電解液中的充放電循環性能圖。

圖3為本發明實施例2中Sb負極在膦酸酯類不燃電解液中的充放電循環性能圖。

圖4為本發明實施例7中Sb／LiFePO₄全電池在膦酸酯類不燃電解液中的第二周充放電曲線圖。

具體實施方式