[發(fā)明專利]一種鋰離子電池安全添加劑及含該添加劑的磺酸亞胺鋰鹽電解液

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010522829.3
• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN111668543B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 梁慧穎;黃文達(dá);左曉希;李思洋
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東金光高科股份有限公司
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/0568;H01M10/0569;H01M10/058;H01M10/0525;H01M10/42
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利商標(biāo)代理有限公司 44202
• 代理人: 曹江;周增元

本發(fā)明涉及一種鋰離子電池安全添加劑及含該添加劑的磺酸亞胺鋰鹽電解液，鋰離子電池安全添加劑包括電解液質(zhì)量1％?4％的三(2，4?二叔丁基苯基)亞磷酸酯和助劑，助劑為碳酸乙烯酯和/或碳酸丙烯酯。磺酸亞胺鋰鹽電解液包括鋰鹽、有機溶劑以及上述鋰離子電池安全添加劑，鋰鹽為磺酸亞胺鋰鹽與二草酸硼酸鋰、四氟硼酸鋰、六氟磷酸鋰中的1種或2種以上的組合；磺酸亞胺鋰鹽為雙氟磺酸亞胺鋰或雙三氟磺酸亞胺鋰。本發(fā)明提高電池阻燃性和抑制電池在過充時電壓上升的添加劑，在電池過充情況下通過電聚合反應(yīng)生成的聚合物大大增加電池的阻抗，抑制電池電壓快速上升從而起到過充電保護(hù)的作用。本發(fā)明的電解液有效降低電解液的可燃性及提高電解液的熱穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鋰離子電池安全添加劑及含該添加劑的磺酸亞胺鋰鹽電解液。

背景技術(shù)

為應(yīng)對環(huán)境污染日益嚴(yán)峻以及能源危機的問題，人們對綠色能源的呼聲不斷高漲。其中，鋰離子二次電池以其較長的工作壽命，較高的工作電壓和能量密度以及較低的環(huán)境污染而廣泛應(yīng)用于各類便攜電子應(yīng)用，并漸漸成為電動交通工具的主要動力電源之一。隨著各國開始對油動汽車實施限制，鋰離子電動汽車有可能成為將來的趨勢，因此對鋰離子電池的各方面性能提出了更高要求。

隨著鋰離子電池技術(shù)發(fā)展越來越成熟，鋰離子電池的能量密度發(fā)展到了前所未有的程度，其應(yīng)用也愈加廣泛。但是近年發(fā)生的多起鋰離子電池爆炸事件，漸漸引起人們對鋰離子電池安全問題的關(guān)注。電池爆炸的原因大部分是由于鋰離子電池的電解液組分的大量有機溶劑易燃易揮發(fā)以及在工作過程中電解液隨著電壓增加被分解，電池在工作過程中不斷積累的熱量和氣體引起電池爆炸。

為提高電池安全性，眾多研究人員已作出不懈努力。為提高電解液的阻燃性和過充電時的安全性，常規(guī)的方法是在電解液中添加阻燃和防過充添加劑。加入的阻燃添加劑能夠直接作為阻燃劑或在電池發(fā)生燃燒時發(fā)生反應(yīng)生成不燃或者阻燃的物質(zhì)以降低燃燒時間或燃燒面積。防過充添加劑在電池發(fā)生過充時發(fā)生電聚合以降低電壓的上升速率，從而保護(hù)電池。

專利申請?zhí)?01610786362.7公開了一種在商用電解液(1.1mol/L LiPF₆-DEC:EC:EMC＝1:1:1+2％碳酸亞乙烯酯(VC)+2％亞硫酸丙烯酯(PS))中分別加入1％芳香族衍生物如聯(lián)苯，氟苯，對二氟苯以及環(huán)已基本以制備基于三元鋰離子電池防過充電解液的方法，但該方法為平衡電池性能，所加入的芳香族化合物添加劑含量較少，故電池過充性能只能在一定程度上得以改善，此外，芳香族化合物從本質(zhì)上不具備阻燃基團(tuán)；除此之外，專利申請?zhí)?00710028835.8通過在商用碳酸酯基電解液(1mol/L LiPF₆-DMC:EC:EMC＝1:1:1)中加入不同含量的含磷有機化合物制備了一種阻燃電解液，但過多的含磷添加量對電池的性能有負(fù)面影響，故僅能優(yōu)選含磷添加劑較少的電解液，而低含量的電解液可燃性仍然較高。

綜上，一般提高電解液安全性的方法是于商用電解液中加入少量的添加劑，而商用電解液以六氟磷酸鋰作為主鹽，其對水極度敏感，易水解產(chǎn)生副產(chǎn)物HF，HF的存在不僅腐蝕正極材料使其結(jié)構(gòu)坍塌引起容量衰減(故一般商用電解液需加入功能添加劑)，且HF的存在引起一系列不希望發(fā)生的副反應(yīng)，與此同時過多的HF氣體存在還增加電池的安全隱患。此外，六氟磷酸鋰是眾所周知的具有較差熱穩(wěn)定性，在熱失控時引起更嚴(yán)重的安全隱患。因此，使用穩(wěn)定性更高的鋰鹽替代六氟磷酸鋰變得尤為重要。

除加入添加劑以外，還有一類研究通過提高鋰鹽濃度的方法提高電池安全性，專利申請?zhí)?01710141187.0公開了一種使用高濃度鋰鹽(大于3.0mol/L LiTFSI)溶于醚類溶劑制備了不可燃的鋰硫電池電解液，該方法可有效減少可燃溶劑的含量，從而提高電解液的熱穩(wěn)定性，但在提高鋰離子電池電解液的領(lǐng)域中應(yīng)用研究較少。

發(fā)明內(nèi)容