[發明專利]一種還原劑改善的磷酸酯基鋰離子電池用不燃安全電解液及鋰離子電池

在審

• 申請號: 201811215320.3
• 申請日: 2018-10-18
• 公開（公告）號: CN109449490A
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發明（設計）人: 王青松;姜麗華;孫金華
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H01M10/0569
• 分類號: H01M10/0569;H01M10/0568;H01M10/0567;H01M10/0525
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;盧紀

本發明提供了一種還原劑改善的磷酸酯基鋰離子電池用不燃安全電解液及鋰離子電池，屬于鋰離子電池安全技術領域。此不燃電解液包括磷酸酯不燃溶劑、高穩定性磺酰亞胺鋰鹽及還原類添加劑。本發明公開了完全不燃安全電解液的制備工藝及還原添加劑在此不燃電解液中的重要作用。純磷酸酯不燃溶劑的使用保證電解液安全性，新型熱穩定性鋰鹽減少產熱，還原添加劑保證電池正常循環性能，特別是避免了高濃度鋰鹽的使用，極大降低成本和電解液粘度。本發明獲得了電化學性能良好的完全不燃電解液配方，其制備工藝簡單，成本低廉，使用該不燃電解液可以極大提高鋰離子電池的安全性。

技術領域

本發明涉及一種還原劑改善的磷酸酯基鋰離子電池用不燃安全電解液及鋰離子電池，尤其涉及不燃電解液的阻燃性能和電化學性能，少量添加劑的引入避免了傳統磷酸酯基電解液體系高濃度鋰鹽的使用并保證了電池正常循環性能，該電解液通過簡單的物理混合制成，阻燃效果顯著、價格低廉，對實現具有優良電化學性能的高安全鋰離子電池具有重要意義。

背景技術

近年來，鋰離子電池產業發展迅速，特別是在電動汽車相關產業的推動下，高能量密度的電池材料不斷被開發，動力鋰離子電池相繼涌現，為實現其長續航、高功率提供了可能。然而，鋰離子電池的安全問題仍然沒有得到根本性解決，高溫、針刺、過充、擠壓等濫用條件造成的電池熱失控事件從未間斷，高容量動力鋰離子電池的出現使得安全問題更加嚴峻。僅2016年，國內外就發生了37起典型的鋰電池著火事故，其中新能源汽車的事故總量正在迅速上升。2017年，知名企業iPhone 8手機電池爆裂事件、松下電池緊急召回、三星SDI天津工廠火災及特斯拉汽車再次起火。2018年，韓國風電場儲能電站爆炸，3500多塊電池接連著火，這一系列安全事故進一步激發了人們對鋰離子電池安全問題的高度關注。

針對鋰離子電池安全事故，行業針對性地開發了系列電池熱管理系統和消防滅火技術，這在一定程度上降低了電池熱失控危害。但由于鋰離子電池爆炸反應往往危害巨大且十分難以控制，因此提高鋰離子電池的安全性從根本上依賴于內部更安全材料的研發。從鋰離子電池內部的組成結構來看，目前商業電池所使用的有機碳酸酯類電解液是電池中的最易燃組分并且占有很大比例。因此，從本質上提高鋰離子電池安全性應該設計開發高安全性的鋰離子電池電解液，抑制電池燃燒。現階段，對于降低電解液可燃性，切實可行的方法主要是通過引入阻燃劑作為添加劑或共溶劑。

有機磷酸酯類阻燃劑由于開發時間早、生產技術成熟、成本低、阻燃效率高、物性參數與碳酸酯溶劑接近等優勢成為安全電解液開發的重要研究對象。然而，對于高安全性不燃電解液的開發一直存在電化學性能損失的問題，這主要是來源于磷酸酯類阻燃劑在電極材料表面的分解，通過降低阻燃劑的使用量雖然能夠減緩對電化學性能的影響，但是安全性能大大降低，很難實現不燃。目前雖有報道可以通過使用高濃度鋰鹽對純磷酸酯基電解液的循環性能進行改善，但高濃度鋰鹽的使用極大地增加了生產成本和電解液粘度，降低離子電導率等，限制了該類不燃電解液的實際應用。

發明內容

基于背景技術存在的研究問題，本發明旨在提出一種低鋰鹽濃度的磷酸酯基不燃電解液，該鋰離子電池用不燃電解液具有毒性低、阻燃效率高、價格低廉及電化學循環性能穩定等優勢。

本發明采用的技術方案為：一種還原劑改善的磷酸酯基鋰離子電池用不燃安全電解液，電解液組成為：純磷酸酯溶劑，磺酰亞胺電解質鋰鹽和還原添加劑。

其中，所使用的純磷酸酯溶劑選自磷酸三甲酯(TMP)、磷酸三乙酯(TEP)、甲基磷酸二甲酯(DMMP)及乙基磷酸二乙酯(DEEP)中的一種或多種。

其中，所使用的電解質鋰鹽選自雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰(LiTFSI)及三氟甲磺酸鋰(LiOTf)中的一種或多種。

其中，所使用的還原添加劑選自碳酸亞乙烯酯(VC)及氟代碳酸乙烯酯(FEC)中的一種或多種。

其中，所述的純磷酸酯溶劑，完全不燃，是具有低煙、低毒、無鹵等優點的液體，對鋰鹽溶解性好，阻燃效率高。