[发明专利]一种阻燃型非水电解液及其电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种有机组合物，特别是一种阻燃型非水电解液及其制成的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池是新一代最具竞争力的电池，被称为“绿色环保能源”，是解决当代环境污染问题和能源问题的首选技术。近年来，在高能电池领域中锂离子电池已取得了巨大成功，但消费者仍然期望综合性能更高的电池面世，而这取决于对新的电极材料和电解质体系的研究和开发。锂离子电池电解质体系作为锂离子电池重要组成部分，是锂离子电池必需的关键材料，其性能优劣对锂离子电池的发展是极大地制约。目前锂离子电池的电解液是由易燃的有机溶剂和锂盐组成，当锂离子二次电池在过度充放电，短路和大电流长时间工作的情况下，放出大量的热，这些热量致使电池体系内部温度过高，成为易燃电解液的安全隐患，可能造成灾难性热失控，甚至电池爆炸[郑洪河.锂离子电池电解质[M].北京：化学工业出版社，2006，134.]。因此，安全性问题已经成为锂离子电池市场创新的重要前提，特别是在电动汽车(EV)和混合动力汽车(HEV)的动力锂离子电池领域的应用对电池的安全性提出了更高，更新的要求。

对于从事电解液研发和生产的高校和企业，大力投资开发更安全的锂离子电池电解质，对扩大锂离子电池的应用具有重大意义，其市场前景也非常广阔。其中阻燃型电解液是目前解决锂离子电池安全性最经济有效的措施，尤其受到产业界的重视。目前业界开发阻燃型电解液主要有两条技术路线。一方面尝试采用高沸点，高闪点的有机溶剂取代低沸点，低闪点的线性碳酸酯类溶剂，以此提高电解液的安全性能，并取得了一定的进展。另一方面通过添加磷系阻燃剂，卤系阻燃剂，复合阻燃剂和其它新型阻燃剂到常规电解液中，可以使易燃的有机电解液变成难燃或不可燃的电解液，降低电池放热值和电池自热率，增加电解液自身的热稳定性，从而避免电池在过热条件下的燃烧或爆炸。

作为电解液的防止爆炸手段，日本专利特开平11-283669号公报，日本专利特开平11-233141号公报，日本专利特开平2002-280061号公报以及日本专利特开平09-293533号公报提出了在电解液中配合氟代烷，磷酸酯，磷化物等作为添加剂的提案。但是在添加氟代烷的体系中，由于氟代烷自身与作为电解液成分所必须的碳酸酯类几乎不相溶，所以会发生层分离，使电池性能恶化。Kang Xu在其综述(Chemical Reviews，2004，104(10)，4400-4405.)中概述了在添加磷酸酯，磷化物的电解液体系中，虽然抑制了电解液的燃烧性，但由于粘度增高，电导率下降，容易引起由充放电循环所产生的电池性能恶化。在起到阻燃的条件下，一定程度上降低了电池的电化学性能(例如循环性能和初期容量)。

为了不降低作为电解液的性能，并提高其阻燃性，日本大金株式会社在中国申请的专利CN101490893A，CN101584075A提出了添加含氟醚的方案。但是，对于低沸点的氟醚而言，一般与其它溶剂的相溶性低，且对电解质盐的溶解性低，进而降低电池的性能。专利CN101584075A中也提及到含有相对全部溶剂5％以下的表面活性剂，但其使用的表面活性剂限于含氟羧酸盐(RfCOO^-M⁺)和含氟磺酸盐(RfSO₃^-M⁺)，电解液性能仍有进一步优化提高的余地。

关于氟碳表面活性剂在锂离子电池方面的应用，已经有不少专利报道。如松下电器株式会社在中国申请的专利CN1333580A公开了一种非水电化学装置，其中的电解液包括作为添加剂的含氟表面活性剂，提高了非水电解液与电极之间的润湿性和在该界面的离子扩散性，得到充放电特性和循环寿命优良的锂离子二次电池。中国专利CN101777668A公开了一种锰酸锂电池用电解液，此电解液通过添加新型高温添加剂不饱和磺酸内酯和氟碳表面活性剂，使得采用本电解液的锰酸锂电池具有优良的循环寿命和高温性能。中国专利CN101667662A公开了一种含氟碳表面活性剂的锂离子二次电池电解液，该表面活性剂可以降低液态锂离子二次电池电解液的表面张力，优化电解液与正负极材料以及隔膜的浸润性能，优化整体电池的电化学性能。上述所有技术方案并没有有效解决锂离子电池的易燃性问题。

发明内容

本为了解决上述电解液存在的相关技术问题。提供一种具有阻燃甚至完全不燃烧功能的阻燃型锂离子电池电解液，且该电解液可以使锂离子电池在具有高安全性的同时获得优良的电化学性能，包括优良的循环性能和高温储存性能。