[發明專利]一種阻燃添加劑及其制備方法、鋰電池

有效

• 申請號: 201710079974.7
• 申請日: 2017-02-15
• 公開（公告）號: CN106785126B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發明（設計）人: 石川;寧新
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: H01M10/42
• 分類號: H01M10/42;H01M10/058
• 代理公司: 青島聯智專利商標事務所有限公司 37101
• 代理人: 紀麗麗

本發明公開了一種阻燃添加劑及其制備方法、鋰電池，阻燃添加劑為核殼結構，包括阻燃劑和包覆在阻燃劑外表面的有機物殼層、無機氧化物殼層或者有機無機復合殼層；阻燃添加劑可通過粘結劑涂覆在鋰電池的正極、負極或隔膜表面，或者阻燃添加劑添加在電解液中。阻燃添加劑應用于鋰電池時，阻燃劑不和鋰電池的電解液直接接觸，因此阻燃劑不會對鋰電池的性能造成不良影響。可以根據電解液的燃燒溫度來選擇相應的阻燃添加劑，使得阻燃添加劑的殼層的熔點或者阻燃劑的氣化溫度小于電解液的燃燒溫度，在鋰電池電解液的溫度達到燃燒溫度之前，使得阻燃劑從殼層中釋放出來，使得阻燃劑起到阻燃作用，阻止鋰電池燃燒或者爆炸，提高鋰電池的安全性。

技術領域

本發明屬于電化學技術領域，具體涉及一種阻燃添加劑及其制備方法、鋰電池。

背景技術

鋰離子電池具有能量密度高、壽命長、自放電小、無記憶效應以及對環境友好等優點，成為目前最受重視的新型儲能電池。雖然，鋰離子電池經過多年不斷的改進，安全性有了顯著提高，但是在極端環境或濫用條件下，電池產熱速率遠高于散熱速率，造成電池內部熱量聚集，進一步造成電池燃燒甚至爆炸，對人財產和生命造成嚴重的威脅。特別近年來，為滿足電動汽車和儲能系統的需求，高容量、高功率鋰離子電池的研發越發廣泛和深入。

在比容量和功率研究方面取得長足進步的同時，相對應的安全性能無法完全得到保證，特別是2016年三星note7的爆炸事件，造成巨大的財力物力的損失，同時將社會對電池安全關注的焦點，從大型電池轉移到高容量小型電池上來。

阻燃劑包括有機磷系阻燃劑、含氮化合物阻燃劑、鹵代碳酸酯類阻燃劑、硅系阻燃劑、復合阻燃劑以及阻燃與成膜雙功能添加劑。阻燃劑可以降低有機電解質的可燃性，使其難燃甚至不可燃，同時提高其熱穩定性，是一種簡單實用的安全保護方法。但是阻燃劑直接加入到電解液中會對鋰電池的性能造成嚴重的負面影響，因而限制了阻燃劑在鋰電池中的應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種阻燃添加劑及其制備方法、鋰電池，以克服現有阻燃劑影響鋰電池性能的缺陷，以及現有鋰電池的安全性能低的缺陷。

為此，本發明提供了一種阻燃添加劑，阻燃添加劑為核殼結構，包括阻燃劑和包覆在阻燃劑外表面的有機物殼層、無機氧化物殼層或者有機無機復合殼層。

本發明還提供了阻燃添加劑的制備方法，

方法Ⅰ包括以下步驟：

(1)將阻燃劑、有機物和水混合均勻得到第一混合溶液，其中，阻燃劑、有機物和水的質量比為1:1:998-1:1:98；

(2)將第一混合溶液進行噴霧干燥得到殼層為有機物殼層的阻燃添加劑，其中，干燥溫度為100℃-150℃，進樣速率為5-25mL/min。

方法Ⅱ包括以下步驟：

(1)將正硅酸乙酯(TEOS)和水混合均勻得到第二混合溶液，在第二混合溶液中加入十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)反應制備得到二氧化硅，將制備得到的二氧化硅高溫燒結得到空心二氧化硅；其中，第二混合溶液中正硅酸乙酯(TEOS)的質量分數為5％-20％，正硅酸乙酯(TEOS)與十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)的質量比為100:1，高溫燒結溫度為600℃-700℃；

(2)將磷酸三甲酯(TMP)與空心二氧化硅的混合物加熱到100℃-200℃，在真空狀態下混合物反應得到產物，用氮甲基吡咯烷酮(NMP)清洗產物，得到殼層為無機氧化物殼層的阻燃添加劑；其中，磷酸三甲酯(TMP)與空心二氧化硅的質量比為5:1；

方法Ⅲ包括以下步驟：