[發明專利]一種阻燃鋰離子電池及其電解液

有效

• 申請號: 201710609536.7
• 申請日: 2017-07-25
• 公開（公告）號: CN107293790B
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發明（設計）人: 梁大宇;包婷婷;黃梅
• 申請（專利權）人: 合肥國軒高科動力能源有限公司
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567
• 代理公司: 合肥市長遠專利代理事務所(普通合伙) 34119
• 代理人: 楊霞;翟攀攀

本發明公開了一種阻燃鋰離子電池電解液，包括鋰鹽、有機溶劑、氟代烷氧硅基聚磷腈類阻燃劑及成膜添加劑，本發明還公開了一種阻燃鋰離子電池；本發明中的氟代烷氧硅基聚磷腈類阻燃劑粘度低，電導率較高且由于含有P、N、Si、F等多種阻燃元素使得阻燃效率很高，同時?Si?O?和?P＝N?化學鍵結構非常穩定，能夠在電極材料表面形成穩定的SEI膜組分結構，提高了正負極電極材料的結構穩定性和避免了電解液氧化分解，可以實現有效阻燃與電化學性能兼顧。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種阻燃鋰離子電池及其電解液。

背景技術

相比其它化學電源體系，鋰離子電池具有能量密度高、自放電率低、使用溫度范圍寬廣、循環壽命長、無記憶效應等顯著優點，被廣泛應用于移動電話、筆記本電腦、攝像機等便攜式電子設備中，同時在新能源汽車、儲能電站以及航空航天領域的巨大應用市場價值越來越得到凸顯。電解液是鋰離子電池必不可少的重要組成部分，對其容量、內阻、循環、倍率、安全性等各項性能都有重要影響，然而目前商業化電解液都含有大量碳酸酯類有機溶劑，雖然可以保障鋰離子電池正常工作時所需的較高離子電導率和電化學穩定性，但通常存在閃點較低和易燃等缺點，尤其是在過充、短路等極端條件下非常容易發生燃燒起火甚至爆炸等安全事故。

為了解決鋰離子電池應用過程中的安全隱患，目前研究較多的保護方法包括對正負極材料進行改性、使用電池響應保護裝置以及在電解液中加入阻燃劑等措施，其中阻燃劑被認為是更簡便易行和切實有效的重要方法。目前研究最多的阻燃劑是有機磷系化合物包括磷酸酯、亞磷酸酯、鹵代磷酸酯、環磷腈類化合物等，例如公開號為CN 10420413A的發明專利報道了一種含有氨基的磷酸酯類阻燃劑，相比傳統的三(三甲氧基)磷酸酯(TMP)等磷酸酯阻燃劑，即使在較低的用量下也可取得較好的阻燃效果；公開號為CN 102516307A的發明專利報道了一種含有氟碳醇基的環三磷腈類化合物，該阻燃劑與電解液相容性較高，不影響電解液的電導率。然而目前已報道的阻燃劑還未能完全滿足使用要求，或者粘度較低、電導率較低，與電極材料兼容性差，或者添加量較高，影響了SEI膜穩定性，循環性能較差，因此進一步地開發新型的多元素復合阻燃劑對鋰離子電池的安全性應用至關重要。

發明內容

本發明提出了一種阻燃鋰離子電池電解液，其粘度低，電導率較高且由于含有P、N、Si、F等多種阻燃元素使得阻燃效率很高，同時-Si-O-和-P＝N-化學鍵結構非常穩定，能夠在電極材料表面形成穩定的SEI膜組分結構，提高了正負極電極材料的結構穩定性和避免了電解液氧化分解，可以實現有效阻燃與電化學性能兼顧。

本發明提出的一種阻燃鋰離子電池電解液，包括鋰鹽、有機溶劑、氟代烷氧硅基聚磷腈類阻燃劑及成膜添加劑。

其中，氟代烷氧硅基聚磷腈類阻燃劑從分子結構中可以看屬于線性聚合物，相比已報道的環磷腈類阻燃劑粘度更低，電導率更高，由于同時含有N、P、Si、F等多種阻燃元素，阻燃效率相比常規有機磷系阻燃劑更高，添加使用量可以更少，對電池電化學性能的影響更小；烷氧基硅烷化合物例如三(三甲氧基硅烷)磷酸酯等被報道含有C-O-Si鍵可以與成膜添加劑共同作用，通過交聯耦合在負極表面形成穩定的SEI膜組成，從而明顯提高循環等電化學性能，而氟代烷氧硅基聚磷腈類化合物同時含有大量C-O-Si鍵以及同樣容易交聯聚合的-P＝N-鍵，因此同樣容易參與到負極表面電極反應中，形成穩定的SEI膜骨架結構，最終實現有效阻燃與電化學性能的兼顧。

優選地，所述氟代烷氧硅基聚磷腈類阻燃劑，其結構通式如式I所示：