[发明专利]一种保护锂电池过充和过放的电解液添加剂

说明书

技术领域

 本发明提供一种保护锂电池过充和过放的方法，尤其是提供了一种保护锂电池过充和过放的电解液添加剂，能够为电解液提供过充保护，适用于存在过充隐患的锂离子电池，属于化学电源的技术领域。

背景技术

锂离子电池在过充条件下的安全性是使用中倍受人们关注的问题．当锂离子电池过充时，由于电池电压随极化增大而迅速上升，势将引发正极活性物质结构的不可逆变化以及电解液的氧化分解，进而产生大量的气体并放出大量的热，致使电池内压和温度急剧上升，难免存在爆炸、燃烧等不安全隐患。这一直是有机电解质二次电池所面临的最大应用问题，因为锂离子电池的过充不安全行为主要来自其所采用的有机溶液电解质。对于水溶液二次电池来说，处于过充状态时，水在电池的正极产生氧气，在负极还原产生氢气，生成的气体产物在电池内部又能可逆地复合成水。这种水的可逆分解—复合为水溶液二次电池提供了一种内部过充保护机制，从而使水溶液二次电池具备了良好的耐过充性能。而对于采用有机电解质溶液的锂离子电池来说，则缺乏这种过充保护机制，使得电池对这种过充尤为敏感。特别是其大型动力电池的商业化程度乃至拓展新的应用领域等都取决于它的安全性能，提高对锂离子电池过充危害的认识并加强其过充保护的研究不容忽视．

为了防止电池过充，提高锂离子电池的安全性。通常是使用专用的充电电路来控制锂离子电池的充放电过程．或者在单个电池上装置安全阀，以提供更大程度的过充保护．例如于电池顶部安装限压开关(即当电池内压超过额定值时开关能自动断路)，同时还于电池内部添加某一添加剂(如Li₂Co₃t₂ J等)，这样可当电池因过充。分解而内压骤增时进行强制排气．此外，也可采用正温系数 (PTC)聚合物开关热敏元件，其作用是当电池因过充而升温时，增大电池的内阻，从而限制过充电电流．虽然这些方法都有一定效果。但并不能彻底解决安全性问题．因此，人们希望在电解液中加入添加剂，控制电池内部电压，通过建立一种内在的过充保护机制来实现过充保护是非常必要的。

目前常用的过充保护添加剂加入以后虽然在一定程度上会提高锂离子电池的过充安全性但在一定程度上提高了电池的内阻破坏了电池常温及高温的循环性能。这种情况会严重影响锂离子电池的进一步推广及应用。因此找出一种能够在不影响正常使用性能的前提下又能起到过充保护的添加剂是目前迫切需要的。

发明内容

本发明提出一种保护锂电池过充和过放的电解液添加剂，它既能起到过充保护的目的，又在一定程度上起到了成膜剂的效果。不仅解决锂离子电池过充安全性的问题又解决了不影响电池正常高温及常温的电性能，而且还明显提高其性能。

本发明的技术方案为：

锂离子电池防过充保护电解液添加剂，其特征在于：它是芳香族化合物的衍生物之一种或多种，在电解液中的所占的重量比例为：0.5%～2%的范围内。所述的锂离子电池电解液中含有的添加剂结构式表示如下：

其中，R分别选自碳原子数目在3～6之间的烷基等；

所述的锂离子电池防过充保护电解液添加剂选自：叔丁基苯或叔戊基苯或它们的混合物。

本发明制备方法如下：

将乙烯碳酸脂、二乙基碳酸脂、二甲基碳酸脂按体积比为：1：1：1的比例混合配制成溶质为六氟磷酸锂、浓度为1mol/L的电解液，取上述电解液100克，向其中加入0.5g～2g的添加剂溶解，制备出本发明的电解液。

当电池正常充电时，该添加剂参与形成SEI膜，发挥了一般成膜剂的效果，对电性能起到了提升的效果；当电池处于过充电状态时，该添加剂在电池内部发生电聚合反应．聚合产生的热量使隔膜提前闭合，进而增大电池内阻，使电池电压迅速上升，避开电解液的氧化，起到防过充的目的。

将本发明所述电解液添加剂循环伏安扫描，叔丁基苯2.5V(vs.Li/Li⁺)出现一还原峰，在4.8V(vs.Li/Li⁺)左右出现一氧化峰，添加剂在该处发生电聚合反应。叔戊基苯分别2.45V(vs.Li/Li⁺)和3.0V(vs.Li/Li⁺)处有两个还原峰，在4.8V(vs.Li/Li⁺)左右出现一氧化峰，添加剂在该处发生电聚合反应。将该添加剂溶于常规锂离子电池电解液中，按照常规的方法制备锂离子电池。经过电化学性能测试，其常温及高温性能优于不加添加剂的电池而且电池能通过3C、10V的过充实验。结论与循环伏安测试结果相同。