[发明专利]一种锂离子动力电池用阻燃电解液及采用其制备的锂离子动力电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子动力电池用阻燃电解液及采用其制备的锂离子动力电池。

背景技术

锂离子动力电池在电动汽车领域及大型储能设备等动力能源领域的巨大应用前景，引起了众多科学工作者及企业单位的关注。锂离子电池由于能量密度大、工作电压高、循环寿命长、高功率、环境友好等优点，成为目前新能源领域研究的热点。随着锂离子电池的迅猛发展以及电动汽车对大容量锂离子电池的需求，迫切需要开发具有高安全性、高容量、高功率，长寿命及环保的锂离子动力电池。目前制约高容量动力电池应用的最大的障碍就是电池的安全性，作为新一代的绿色能源产品，锂离子动力电池的安全性能是制约锂离子电池发展的一个重要因素。锂离子电池自身存在着许多安全隐患，在电解液中加入添加剂是提高锂离子电池安全性的简单并且有效的方法。在降低溶剂可燃性方面，在电池中添加一些高沸点、高闪点和不易燃的溶剂可达到阻燃的效果。

美国专利 US6589697，US6924061，US6589697，公布的锂离子电解液采用了磷酸三甲酯（TMP），磷酸三苯酯（TPP），磷酸三丁酯（TBP），三氟乙基磷酸酯等磷酸酯类作为电解液添加剂，已降至电解液的可燃性，提高锂离子电池的安全性能。但是这些大都具有高粘度，高的凝固点，低锂盐溶解度，作为阻燃添加剂使用，用量通常较大（10%以上）才能达到阻燃效果，但大量的阻燃添加剂的加入会对电池的性能有很大的负面影响，这些阻燃添加剂的应用受到了限制，因此，急需开发能在不影响锂离子电池基本性能的基础上实现阻燃性能的电解液。

发明内容

本发明的一个目的在于为了增加锂离子动力电池的安全性，解决目前锂离子动力电池电解液中为了提高锂离子电池的安全性而采用的电解液对电池本身存在严重负面影响的问题，提供一种锂离子动力电池用阻燃电解液。

本发明的另一个目的是提供一种采用锂离子动力电池用阻燃电解液制备而成的锂离子动力电池。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种锂离子动力电池用阻燃电解液，该电解液由有机溶剂、电解质、成膜添加剂和阻燃添加剂组成，电解质在有机溶剂中的摩尔浓度为0.6-1.3mol/L，成膜添加剂和阻燃添加剂在电解液中的重量百分数分别为2-5%、5-8%，所述阻燃添加剂为环状三聚磷腈化合物。

环状三聚磷腈化合物由于环状结构的稳定性，具有很好的耐酸耐碱以及耐高温特性。环状三聚磷腈化合物作为阻燃剂添加入电解液中不仅添加量少，并且对电解液中的其他物质影响较小，对电解液的粘度影响较小。由于阻燃剂的阻燃效果较好好，所以添加量要比常规的阻燃剂添加量小，进而进一步降低阻燃添加剂对电解液的影响，但是太小的话阻燃效果会达不到预期目的，因此添加量要适量。

作为优选方案，所述环状三聚磷腈化合物为2-乙氧基-2,4,4,6,6-五氟-2λ⁵,4λ⁵,6λ⁵-[1,3,5,2,4,6]三聚磷腈、2,4-二乙氧基-2,4,6,6-四氟三聚磷腈或2,2,4,4,6-五氟-6-苯氧基三聚磷腈。氟、乙氧基或苯氧基取代的环状三聚磷腈化合物不仅具有优良的阻燃效果，而且具有更好的耐高温特性和阻燃效果。

作为优选方案，所述有机溶剂中含有占有机溶剂重量百分数为1-2%的三乙胺。三乙胺可以和电解液中的H⁺反应，减少气体生成，抑制电池的膨胀，从而降低电池的安全隐患。

作为优选方案，所述有机溶剂的其他组分为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯的混合液，碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯的体积比为5-10:1:5-8:3-8。

作为优选方案，所述电解质为六氟磷酸锂和二草酸硼酸锂，六氟磷酸锂和二草酸硼酸锂在有机溶剂中的摩尔浓度分别为0.5-1.2mol/L和0.1~0.3 mol/L。这个浓度范围的锂盐可以为电解液提供较高的电导率，为电池的性能提供保障。但是由于六氟磷酸锂热稳定性较差，易水解，且基于它的电解液的低温电导率较低，因此存在很多局限。而二草酸硼酸锂虽然不含氟离子，但仍然具有较好的热稳定性和较宽的电化学窗口，并且在有机溶剂中有良好的电导率。同时，它还可以在正极表面形成钝化膜，另外它可以防止石墨负极的碳层剥落。