[发明专利]一种阻燃添加剂及其制备方法、锂电池

说明书

本发明公开了一种阻燃添加剂及其制备方法、锂电池，阻燃添加剂为核壳结构，包括阻燃剂和包覆在阻燃剂外表面的有机物壳层、无机氧化物壳层或者有机无机复合壳层；阻燃添加剂可通过粘结剂涂覆在锂电池的正极、负极或隔膜表面，或者阻燃添加剂添加在电解液中。阻燃添加剂应用于锂电池时，阻燃剂不和锂电池的电解液直接接触，因此阻燃剂不会对锂电池的性能造成不良影响。可以根据电解液的燃烧温度来选择相应的阻燃添加剂，使得阻燃添加剂的壳层的熔点或者阻燃剂的气化温度小于电解液的燃烧温度，在锂电池电解液的温度达到燃烧温度之前，使得阻燃剂从壳层中释放出来，使得阻燃剂起到阻燃作用，阻止锂电池燃烧或者爆炸，提高锂电池的安全性。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种阻燃添加剂及其制备方法、锂电池。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、寿命长、自放电小、无记忆效应以及对环境友好等优点，成为目前最受重视的新型储能电池。虽然，锂离子电池经过多年不断的改进，安全性有了显著提高，但是在极端环境或滥用条件下，电池产热速率远高于散热速率，造成电池内部热量聚集，进一步造成电池燃烧甚至爆炸，对人财产和生命造成严重的威胁。特别近年来，为满足电动汽车和储能系统的需求，高容量、高功率锂离子电池的研发越发广泛和深入。

在比容量和功率研究方面取得长足进步的同时，相对应的安全性能无法完全得到保证，特别是2016年三星note7的爆炸事件，造成巨大的财力物力的损失，同时将社会对电池安全关注的焦点，从大型电池转移到高容量小型电池上来。

阻燃剂包括有机磷系阻燃剂、含氮化合物阻燃剂、卤代碳酸酯类阻燃剂、硅系阻燃剂、复合阻燃剂以及阻燃与成膜双功能添加剂。阻燃剂可以降低有机电解质的可燃性，使其难燃甚至不可燃，同时提高其热稳定性，是一种简单实用的安全保护方法。但是阻燃剂直接加入到电解液中会对锂电池的性能造成严重的负面影响，因而限制了阻燃剂在锂电池中的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种阻燃添加剂及其制备方法、锂电池，以克服现有阻燃剂影响锂电池性能的缺陷，以及现有锂电池的安全性能低的缺陷。

为此，本发明提供了一种阻燃添加剂，阻燃添加剂为核壳结构，包括阻燃剂和包覆在阻燃剂外表面的有机物壳层、无机氧化物壳层或者有机无机复合壳层。

本发明还提供了阻燃添加剂的制备方法，

方法Ⅰ包括以下步骤：

(1)将阻燃剂、有机物和水混合均匀得到第一混合溶液，其中，阻燃剂、有机物和水的质量比为1:1:998-1:1:98；

(2)将第一混合溶液进行喷雾干燥得到壳层为有机物壳层的阻燃添加剂，其中，干燥温度为100℃-150℃，进样速率为5-25mL/min。

方法Ⅱ包括以下步骤：

(1)将正硅酸乙酯(TEOS)和水混合均匀得到第二混合溶液，在第二混合溶液中加入十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)反应制备得到二氧化硅，将制备得到的二氧化硅高温烧结得到空心二氧化硅；其中，第二混合溶液中正硅酸乙酯(TEOS)的质量分数为5％-20％，正硅酸乙酯(TEOS)与十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的质量比为100:1，高温烧结温度为600℃-700℃；

(2)将磷酸三甲酯(TMP)与空心二氧化硅的混合物加热到100℃-200℃，在真空状态下混合物反应得到产物，用氮甲基吡咯烷酮(NMP)清洗产物，得到壳层为无机氧化物壳层的阻燃添加剂；其中，磷酸三甲酯(TMP)与空心二氧化硅的质量比为5:1；

方法Ⅲ包括以下步骤：