[发明专利]一种还原剂改善的磷酸酯基锂离子电池用不燃安全电解液及锂离子电池

说明书

本发明提供了一种还原剂改善的磷酸酯基锂离子电池用不燃安全电解液及锂离子电池，属于锂离子电池安全技术领域。此不燃电解液包括磷酸酯不燃溶剂、高稳定性磺酰亚胺锂盐及还原类添加剂。本发明公开了完全不燃安全电解液的制备工艺及还原添加剂在此不燃电解液中的重要作用。纯磷酸酯不燃溶剂的使用保证电解液安全性，新型热稳定性锂盐减少产热，还原添加剂保证电池正常循环性能，特别是避免了高浓度锂盐的使用，极大降低成本和电解液粘度。本发明获得了电化学性能良好的完全不燃电解液配方，其制备工艺简单，成本低廉，使用该不燃电解液可以极大提高锂离子电池的安全性。

技术领域

本发明涉及一种还原剂改善的磷酸酯基锂离子电池用不燃安全电解液及锂离子电池，尤其涉及不燃电解液的阻燃性能和电化学性能，少量添加剂的引入避免了传统磷酸酯基电解液体系高浓度锂盐的使用并保证了电池正常循环性能，该电解液通过简单的物理混合制成，阻燃效果显著、价格低廉，对实现具有优良电化学性能的高安全锂离子电池具有重要意义。

背景技术

近年来，锂离子电池产业发展迅速，特别是在电动汽车相关产业的推动下，高能量密度的电池材料不断被开发，动力锂离子电池相继涌现，为实现其长续航、高功率提供了可能。然而，锂离子电池的安全问题仍然没有得到根本性解决，高温、针刺、过充、挤压等滥用条件造成的电池热失控事件从未间断，高容量动力锂离子电池的出现使得安全问题更加严峻。仅2016年，国内外就发生了37起典型的锂电池着火事故，其中新能源汽车的事故总量正在迅速上升。2017年，知名企业iPhone 8手机电池爆裂事件、松下电池紧急召回、三星SDI天津工厂火灾及特斯拉汽车再次起火。2018年，韩国风电场储能电站爆炸，3500多块电池接连着火，这一系列安全事故进一步激发了人们对锂离子电池安全问题的高度关注。

针对锂离子电池安全事故，行业针对性地开发了系列电池热管理系统和消防灭火技术，这在一定程度上降低了电池热失控危害。但由于锂离子电池爆炸反应往往危害巨大且十分难以控制，因此提高锂离子电池的安全性从根本上依赖于内部更安全材料的研发。从锂离子电池内部的组成结构来看，目前商业电池所使用的有机碳酸酯类电解液是电池中的最易燃组分并且占有很大比例。因此，从本质上提高锂离子电池安全性应该设计开发高安全性的锂离子电池电解液，抑制电池燃烧。现阶段，对于降低电解液可燃性，切实可行的方法主要是通过引入阻燃剂作为添加剂或共溶剂。

有机磷酸酯类阻燃剂由于开发时间早、生产技术成熟、成本低、阻燃效率高、物性参数与碳酸酯溶剂接近等优势成为安全电解液开发的重要研究对象。然而，对于高安全性不燃电解液的开发一直存在电化学性能损失的问题，这主要是来源于磷酸酯类阻燃剂在电极材料表面的分解，通过降低阻燃剂的使用量虽然能够减缓对电化学性能的影响，但是安全性能大大降低，很难实现不燃。目前虽有报道可以通过使用高浓度锂盐对纯磷酸酯基电解液的循环性能进行改善，但高浓度锂盐的使用极大地增加了生产成本和电解液粘度，降低离子电导率等，限制了该类不燃电解液的实际应用。

发明内容

基于背景技术存在的研究问题，本发明旨在提出一种低锂盐浓度的磷酸酯基不燃电解液，该锂离子电池用不燃电解液具有毒性低、阻燃效率高、价格低廉及电化学循环性能稳定等优势。

本发明采用的技术方案为：一种还原剂改善的磷酸酯基锂离子电池用不燃安全电解液，电解液组成为：纯磷酸酯溶剂，磺酰亚胺电解质锂盐和还原添加剂。

其中，所使用的纯磷酸酯溶剂选自磷酸三甲酯(TMP)、磷酸三乙酯(TEP)、甲基磷酸二甲酯(DMMP)及乙基磷酸二乙酯(DEEP)中的一种或多种。

其中，所使用的电解质锂盐选自双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)及三氟甲磺酸锂(LiOTf)中的一种或多种。

其中，所使用的还原添加剂选自碳酸亚乙烯酯(VC)及氟代碳酸乙烯酯(FEC)中的一种或多种。

其中，所述的纯磷酸酯溶剂，完全不燃，是具有低烟、低毒、无卤等优点的液体，对锂盐溶解性好，阻燃效率高。