[发明专利]具有高阻燃性能和电化学性能的电解液及锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及一种具有高阻燃性能和电化学性能的电解液及使用该电解液的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池由于具有能量密度高、输出电压高、循环寿命长、环境污染小等优点，在电子产品、电动汽车、航空航天、储能等领域有着极其重要的应用。然而，近年来关于锂离子电池引发的火灾甚至爆炸的报道己屡见不鲜，锂离子电池的安全问题引起人们普遍关注；同时安全问题也是制约锂离子电池向大型化、高能化方向发展的瓶颈。

锂离子电池最重要的组成部分是电池正负极材料和电解液。目前的锂离子电池电解液主要使用碳酸酯类有机化合物为溶剂，这些溶剂的闪点都很低，导致电解液极易燃烧。当电池在恶劣环境或滥用情况下，很容易热失控导致爆炸起火。

在电解液中添加阻燃剂是降低或解决电池起火的重要途径之一。美国专利US 6,589,697，US 6,924,061，US 6,589,697报道了电解液中添加磷酸三甲酯（TMP）、磷酸三丁酯（TBP）、磷酸三苯酯（TPP）、三氟乙基磷酸酯等阻燃剂，但这些添加剂由于其高粘度和高凝固点等缺点，不能单独作为溶剂大量使用，即使作为添加剂少量使用时，其用量也要控制在一定限度内。当其用量较大时，虽然对电解液的阻燃性能有较好的阻燃效果，但是会对电解液的电化学性能造成较大负面影响；美国专利US 6,455,200以六甲氧基磷腈为电解液阻燃剂，但是其阻燃效率低；中国专利CN 101017917A、CN 101079504B和CN 101079505B以甲基磷酸二甲酯（DMMP）为阻燃剂或溶剂，当DMMP质量百分含量大于10%时，可以使电解液不燃，但是会明显劣化电池的电化学性能（如倍率性能，循环性能等）。

上述的报道均没有同时兼顾电解液的阻燃性能和克服其对电化学性能的破坏。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种具有高阻燃性能和电化学性能的电解液。

具体的技术方案如下：

一种具有高阻燃性能及电化学性能的锂离子电池用电解液，该电解液包含溶剂、锂盐、阻燃剂和添加剂，所述添加剂为卤代有机化合物、含不饱和键的环状碳酸酯化合物或含不饱和键的非对称链状碳酸酯化合物中的一种或几种，所述锂盐的用量为0.6～1.5mol/L，所述阻燃剂的用量占电解液总质量的1～70%，所述添加剂的用量占电解液总质量的0.1～15%。

在其中的一些实施例中，所述卤代有机化合物选自如下化合物：

（a）具有如下通式（1）的氟取代环状碳酸酯

式(1)

其中，R₁、R₂、R₃、R₄选自H、Cl、C1～C3的烷基或含氟烷基，并且同时满足以下条件：R₁和R₂不同时为烷基或含氟烷基；R₃和R₄亦不同时为烷基或含氟烷基；R₁、R₂、R₃、R₄至少一者为含氟烷基；

（b）具有如下通式（2）或（3）的含有氟醚键的线性碳酸酯

式(2)

其中，R₅、R₆为C1～C7烷基或C1～C7含氟醚基，且R₅、R₆至少一者为C1～C7含氟醚基；

式(3)

其中，R_f为末端碳原子上至少一个H原子被F取代的C1～C7含氟醚基，R₇为C1～C7烷基；

（c）具有如下通式（4）的氟取代线性羧酸酯

式(4)

其中，R₈为末端碳原子上至少一个H原子被F取代的C1～C7烷基；R₉为C1～C7烷基；

（d）具有如下通式（5）的卤代内酯

式(5)