[發明專利]一種具有熱固化功效的電解液及其制備方法

在審

• 申請號: 201710428782.2
• 申請日: 2017-06-08
• 公開（公告）號: CN107331891A
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發明（設計）人: 胡清平;陶芝勇;吳吉強;劉焱;刁勝;曾堅義
• 申請（專利權）人: 深圳市海盈科技股份有限公司
• 主分類號: H01M10/0566
• 分類號: H01M10/0566;H01M10/42;H01M10/0525
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 潘俊達

技術領域

本發明屬于鋰離子電池電解液技術領域，尤其涉及一種具有熱固化功效的電解液及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池具有能量密度大、輸出功率高、充放電壽命長、無污染、工作溫度范圍寬及自放電小等諸多優點。其作為新型的高能化學電源，在向著解決人類環境污染和能源危機前進的過程中，遇到了最為巨大的挑戰，即安全問題。鋰離子電池會因過電流，內部枝晶導致內部短路或過充等濫用條件，導致內部的熱積累，當熱量積累到一定程度的時候，會引發電解液、正極及內部其他材料發生放熱連鎖反應，最終導致鋰電池發生熱失控。

目前解決鋰離子電池安全性問題的途徑主要包括兩方面。一方面是通過使用維護或輔助管理來保證其安全性。如通過鋰離子電池管理系統防止鋰離子電池短路、過充及超溫等。另一方面則是通過改善鋰電池材料或優化設計來提高鋰離子電池自身的安全性。如通過提高正極材料穩定性，在電解液中添加阻燃及防過充等添加劑，采用新型隔膜(如陶瓷隔膜)等方式。然而上述方法因各種因素的限制，目前均無法很好地解決鋰離子電池的安全性問題。

發明內容

本發明的目的在于：提供一種具有熱固化功效的電解液，該電解液能提高鋰離子電池的安全性能。

為了上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種具有熱固化功效的電解液，包括鋰鹽、碳酸酯類有機溶劑、成膜添加劑、聚合物單體和引發劑，所述聚合物單體為N,N-4,4-二苯甲烷雙馬來酰亞胺、雙馬來酰亞胺寡聚物、1,3-二氧環戊烷和新戊二醇二丙烯酸酯中的一種或幾種。

在本發明中，當電池溫度上升到50℃左右時，引發劑開始分解，生產自由基，隨著溫度的升高，分解速度加快，當電池溫度進一步升到90～130℃時，聚合物單體在引發劑分解的自由基作用下進行反應生成單體自由基，單體自由基迅速發生熱交聯聚合反應，形成高度交聯的聚合產物結構網絡，使電解液從液態轉變為凝膠態甚至固態，導致液相電導的大幅度降低，減弱甚至阻斷鋰離子在正負極之間的反應，終止電極反應，從而表現出自激發熱關閉效應，在危險性放熱副反應被引發之前為鋰離子電池提高過熱保護，有利于提高電池的使用安全性。

需要說明的是，當添加兩種或兩種以上的聚合物單體時，其存在有增效作用。另外，在N,N-4,4-二苯甲烷雙馬來酰亞胺、雙馬來酰亞胺寡聚物和新戊二醇二丙烯酸酯這三種聚合物單體中，各聚合物單體不僅能進行自我交聯聚合，還能與另外兩種單體進行相互交聯，形成交聯程度更高，結構網絡更穩定的聚合產物，更加有利于固化電解液，終止電極反應，更好地對電池進行過熱保護，從而更好地提高電池的使用安全性。

作為本發明所述的具有熱固化功效的電解液的一種改進，所述聚合物單體的質量含量占電解液的1～10％。

作為本發明所述的具有熱固化功效的電解液的一種改進，所述鋰鹽為LiPF₆，所述鋰鹽的濃度為0.8～1.5M。

作為本發明所述的具有熱固化功效的電解液的一種改進，所述碳酸酯類有機溶劑為20～40wt％的碳酸乙烯酯、20～40wt％的碳酸甲乙酯和20～40wt％的碳酸二乙酯。

作為本發明所述的具有熱固化功效的電解液的一種改進，所述成膜添加劑的質量含量占電解液的1～10％。

作為本發明所述的具有熱固化功效的電解液的一種改進，所述成膜添加劑為碳酸亞乙烯、亞硫酸丙烯酯、乙烯基碳酸乙烯酯和氟代碳酸乙烯酯中的一種或幾種。

作為本發明所述的具有熱固化功效的電解液的一種改進，所述引發劑的質量含量占電解液的0.01～0.1％。

作為本發明所述的具有熱固化功效的電解液的一種改進，所述引發劑為偶氮二異丁腈、偶氮二異丁酸二甲酯和偶氮二異庚腈中的一種或幾種。偶氮類引發劑有偶氮二異丁腈、偶氮二異庚腈，屬低活性引發劑。以上三種引發劑的使用溫度范圍為50～65℃，分解均勻，只形成一種自由基，無其他副反應，比較穩定，純粹狀態可安全儲存。

本發明的另一個目的在于：提供一種具有熱固化功效的電解液的制備方法，包括以下步驟：

步驟一，按比例分別量取碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯，倒入鋁瓶中；

步驟二，按計算好的質量分別稱取碳酸乙烯酯和LiPF₆，加入到鋁瓶中，震蕩使其完全溶解；

步驟三，按比例分別加入成膜添加劑、聚合物單體以及引發劑，震蕩溶解，搖勻，放置24h后即得具有熱固化功效的電解液。