[发明专利]一种三元电池用防过充电解液及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电池材料领域，具体涉及一种三元电池材料、及其制备方法。

背景技术

锂电池由正极、负极、隔膜、电解质四大材料组成，锂离子电池的电解质多为液态，即电解液。电解液在电池正负极之间起到传导电子的作用，电解液性能的优劣将直接影响锂离子电池的综合性能。由于锂离子电池充放电电位高，且正极嵌有化学活性较大的锂，因此优良的电解液应满足以下要求：化学稳定性好、离子电导率高、温度范围宽、安全无毒等。

三元电池因其具有高能量密度、高工作电压、使用寿命长、无记忆效应、续航里程长等优点，近年来成为人们关注的焦点，在动力电池领域，三元电池正强势崛起。但安全问题一直制约着三元电池的快速发展，尤其是解决过充、针刺等安全隐患已成为行业研究的重点。

有机溶剂是电解液的主体部分，锂离子二次电池电解液中常用的溶剂有碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)等。

电解液中的添加剂，根据其作用，主要有以下几类：

(1)改善SEI膜的性能：在锂离子电池电解液中加入苯甲醚或其卤代衍生物，能够改善电池的循环性能，减少电池的不可逆容量损失。

(2)降低电解液中的微量水和HF酸，如碳化二亚胺类化合物能阻止LiPF6水解成酸，另外，一些金属氧化物如Al2O3，、MgO、BaO、Li2CO3、CaCO3等被用来清除HF干净。

(3)防止过充电、过放电：动力电池对电池耐过充放性能的要求非常迫切。传统防过充电的措施是在电池内部设置保护电路，现在希望向电解液中加入添加剂，该类添加剂正处于研究阶段。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种防过充电解液，有效避免三元动力锂电池在发生过充时带来的着火或爆炸现象，从而解决一直以来困扰行业的三元电池的过充安全性问题。

本发明的另一目的是提出所述防过充电解液的制造方法。

本发明的第三个目的是提出含有所述防过充电解液的三元电池。

(二)技术方案

实现本发明上述目的的技术方案为：

一种三元电池用防过充电解液，由以下成分组成：有机溶剂、锂盐、防过充添加剂，所述防过充添加剂占有机溶剂的质量比为3～8％，所述防过充添加剂为联苯(BP)和/或苯基环己烷(CHB)，所述有机溶剂为醚类和酯类有机溶剂；

所述醚类有机溶剂为乙醚、甲乙醚、乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、二乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、乙二醇独甲醚、二氧戊烷、二氧六环中的一种或几种；所述酯类有机溶剂为碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲丁酯、碳酸乙丁酯、碳酸二丁酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、氯代乙烯碳酸酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸乙酯、丁酸甲酯中的一种或几种。

优选地，所述防过充添加剂为联苯(BP)和苯基环己烷(CHB)，二者的质量比例为2：2～4。

更优选地，所述有机溶剂为1体积份醚类和5～15体积份酯类有机溶剂的混合溶剂，所述酯类有机溶剂为碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲丁酯中的二种，二者的体积比为1：0.8～1.2。

采用EC或EC+DMC复合电解液中能建立起稳定的SEI膜(固体电解质界面膜)。通常认为，EC与一种链状碳酸酯的混合溶剂是锂离子电池优良的电解液。其中醚类有机溶剂可做为碳酸酯的共溶剂或添加剂来提高电解液的电导率。

本发明还提出制备所述三元电池用防过充电解液的方法，包括以下步骤：搅拌状态下向构成电解液的有机溶剂中加入锂盐，然后加入防过充添加剂，制备过程控制有机溶剂温度为0～10℃。

其中，在向所述有机溶剂中加入锂盐前，将有机溶剂的水分降至10ppm以下。干燥方式为本领域常规的方法，例如使用干燥剂(分子筛或硅胶)处理12h以上，用水分测试仪测试溶剂水含量。

其中，所述有机溶剂通过以下方法制备：在露点低于-45℃，含氧量小于3ppm环境下，将醚类和酯类有机溶剂按体积配比进行配制。

其中，所述锂盐为碘化锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、六氟磷酸锂、三氟甲基磺酸锂中的一种或几种，锂盐在有机溶剂中的浓度为0.8～1.5mol/L。

其中，所述防过充添加剂的水含量小于2ppm。

含有本发明所述三元电池用防过充电解液的锂离子电池。