[发明专利]一种锂离子电池用阻燃高压电解液及其制备方法

说明书

本发明涉及一种锂离子电池用阻燃高压电解液及其制备方法，电解液由锂盐、阻燃型溶剂和添加剂组成，其中阻燃型溶剂由碳酸酯类、氟代碳酸酯类和氟代醚类组成，以氟代溶剂为主体，结合常规碳酸酯溶剂和添加剂，利用氟代溶剂良好的浸润性、不燃性和较强的界面成膜性以及常规碳酸酯溶剂较高的锂盐溶解性，使该电解液既具有良好的润湿性、不燃性，又具有较高的离子电导率；该阻燃型电解液既可以应用于金属锂为负极的锂离子电池，也可以应用于石墨类负极的锂离子电池；既可以应用于常规电压锂离子电池，也可应用于高压锂离子电池，电极材料兼容性好，适用范围广。

技术领域

本发明属于新能源锂电池领域，尤其是涉及一种锂离子电池用阻燃高压电解液及其制备方法。

背景技术

锂电池与传统的镍氢电池、铅酸电池、碱性二氧化锰电池等相比，具有工作电压高、循环寿命长、能量密度高、无记忆效应等优点，现已广泛应用于便携款式电脑、移动通信等小型3C数码产品和电动自行车、电动汽车等大型交通工具上，并呈现出越来越大的应用市场。根据我国未来的发展规划，绿色环保的电动汽车会逐步替代传统燃油车，因此车用动力锂电池拥有广阔的市场和应用前景。然而，目前常规锂电池主要使用易燃的有机溶剂作为电解液的溶剂，这就造成了锂电池在高温、短路、撞击等滥用情况下易起火燃烧或爆炸，比如目前电动汽车自燃的报道屡见不鲜。易燃的有机电解液是电池燃烧爆炸的主要原因之一，这也是制约锂电池进一步扩大应用范围，向更大型化、高能化发展的瓶颈因素。

另外，为了提高锂电池的能量密度，使用高压正极材料是解决方案之一。但常规电解液在电压达到4.3V(vs.Li/Li⁺)及以上时，电解液会氧化分解，随着循环的进行，锂离子电池在高压下的循环稳定性会大幅降低，限制了高压正极材料的普遍应用。因此，开发一种阻燃甚至完全不燃，同时耐高压，而且与电池正负极材料兼容性良好的高安全、高性能的锂电池电解液具有十分重要的现实意义和应用价值。

目前公开报道的阻燃型锂电池电解液主要以有机磷类、环磷腈类、卤代烷烃等作为溶剂或阻燃添加剂来达到电解液阻燃或难燃的目的，使用有机磷类化合物作为阻燃添加剂通常会降低电解液的电化学性能，且与石墨类负极材料兼容性差。专利申请号201610893223.4公开了一种高安全电解液及锂电池，它采用在常规锂电池电解液中添加适量的环磷腈类化合物作为阻燃添加剂来达到电解液阻燃和电池防过充的功能，该阻燃电解液只适用于锰酸锂电池，使用范围较小，不能应用于钴酸锂、镍钴锰三元锂电池等；专利申请号201711188603.9公开了一种阻燃锂电池电解液，它采用卤代溶剂如三溴乙烷、二溴甲基呋喃和普通溶剂相混合制备了阻燃锂电池电解液，使锂电池的使用容量达到理论容量的80％以上，可以减少锂电池发生自燃的风险，但是电池容量发挥较低，不能完全发挥电池容量，降低了电池的能量密度；专利申请号201810315555.3公开了一种高安全型锂电池电解液，该发明采用在常规电解液中加入磷系阻燃添加剂和苯系防过充添加剂的方法达到电解液阻燃和防过充的效果，该发明的电解液具有较好的阻燃效果，但没有提供其电池性能数据，无法体现其实际使用价值。专利申请号201810390538.6公开了一种膦基阻燃型高镍三元锂电池电解液，该电解液由常规溶剂，锂盐和阻燃添加剂组成，阻燃添加剂为高磷含量的亚磷酸酯类化合物，制得的电解液阻燃效果较好，与金属锂负极材料兼容性较好，电池性能发挥基本正常；但该发明专利使用了毒性较大的膦基和苯系化合物，使其应用范围有较大的限制；且该发明只适用于负极为金属锂的锂电池中，应用范围较小。专利申请号201910286078.7公开了一种金属锂电池用阻燃电解液及其制备方法和应用，其电解液由含磷的化合物如磷酸酯或亚磷酸酯的一种或混合物为溶剂，该种溶剂具有较好的阻燃性，锂盐为双三氟甲烷磺酰亚胺锂和硝酸锂的混合物，以能开环聚合的有机化合物如碳酸亚乙烯酯和六氟磷酸锂等为添加剂组成，该电解液用于金属锂电池中具有较好的阻燃性，电池容量发挥正常，循环寿命较好。但该发明中电解液以磷酸酯类为溶剂，虽具有较好的阻燃性，但溶剂本身粘度较大，成本较高，且只适用于以金属锂为负极的锂电池，并不适用于以石墨类为负极的锂电池，具有一定的应用局限性。专利申请号201910646351.2公开了一种高压电解液添加剂、包含其的高压电解液及锂离子电池，其在常规电解液中添加了一种苯系高压电解液添加剂，该添加剂可在基础溶剂分解前优先分解，在电极表面形成一层致密的界面膜，可抑制电解液分解，提高了锂离子电池在高压(4.5V-4.8V)条件下的循环稳定性，但该发明提供的电解液不具有阻燃性，并且功能较为单一。