[发明专利]一种用于锂离子电池的阻燃型电解液及锂离子电池

说明书

本发明公开一种用于锂离子电池的阻燃型电解液，属于锂离子电池技术领域，所述阻燃型电解液按质量百分比计，包括锂盐1％‑15％、有机溶剂75％‑90％和磷酸酯阻燃剂3％‑10％，所述磷酸酯阻燃剂具有如摘要附图所示的结构式；本发明所述磷酸酯阻燃剂能够在不影响电解液电导率、相容性、粘度、电池循环性能等情况下，改善了电解液的热稳定性，有利于提高锂离子电池的循环性能和安全性。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种用于锂离子电池的阻燃型电解液及包括该电解液的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池(LIBs)具有优良的综合性能与良好的发展前景，有望满足未来科技发展对高功率、能量密度的电源设备的要求，受到广泛的关注，其应用正迅速从消费电子品领域拓展到电动汽车和新能源储能领域。然而，近年来，随着锂离子电池的大规模推广应用，在世界范围内，每年都会发生大量与锂离子电池滥用热失控相关的安全事故。造成热失控(冒烟、起火燃烧、爆炸)的滥用条件重要有机械滥用(如挤压、针刺)、电滥用(如过充、内部短路) 和热滥用(如过热冲击)等。从锂离子电池热失控过程的链式反应可知电解液在锂离子电池热失控过程中扮演的角色非常关键。

电解液是电池中的重要组成部分，作为正负极材料的桥梁，在传导电流等方面起着不可或缺的作用。电解液是动力电池的血液，由“锂盐(溶质)、溶剂、添加剂”配制罐装而成，占动力电池成本6％-8％。它是动力电池中离子传输的重要载体，对电池安全性、循环寿命、充放电倍率、高低温性能、能量密度有显著影响。商业化锂离子电池电解液一般由碳酸酯类有机溶剂及六氟磷酸锂(LiPF6)组成，EC(碳酸乙烯酯)是其必不可少的一种溶剂，由于其介电常数高，溶解锂盐的能力强，通常也会加入低粘度但闪点低、高度可燃、电化学稳定性差的链状碳酸酯DMC(碳酸二甲酯)、EMC(碳酸甲乙酯)、DEC(碳酸二乙酯)，以及环状碳酸酯PC(碳酸丙烯酯)、EC(碳酸乙烯酯)等作为共溶剂，以提高锂离子迁移速率。目前，从材料角度看，防止锂离子电池热失控起火燃烧爆炸的安全性改进策略众多，如采用阻燃电解液、阻燃型耐热收缩隔膜、固态电解质、结构稳定性高的电极材料。这其中，发展高安全性阻燃电解液是最经济简单的策略，能够有效降低锂离子电池热失控燃烧爆炸风险，并极大降低热失控带来的人员财产伤害。因此，在电解液中添加一些高沸点、高闪点和不易燃的阻燃型添加剂能够使可燃电解液变成难燃或者不燃，降低电池的放热量和自放热率，提高电解液的热稳定性，从而避免电池在过热条件下发生燃烧或者爆炸。

当前阻燃型添加剂一般包括有机磷系阻燃添加剂、含氮化合物阻燃添加剂、卤代碳酸酯类阻燃添加剂、硅系阻燃添加剂以及复合阻燃添加剂，虽达到了阻燃效果，但同时也存在电解液粘度高、导离子率和循环稳定性等电化学性能变差等问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种通过在电解液中掺入磷酸酯类阻燃添加剂，利用自由基捕获机制，阻燃添加剂在高温下产生的磷-氧自由基可以主动捕获由燃烧产生的氢自由基以终止燃烧，实现电解液可燃性显著降低的同时使得锂离子电池具备更优异的电化学性能。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

一种用于锂离子电池的阻燃型电解液，按质量百分比计，包括锂盐1％-15％、有机溶剂 75％-90％、磷酸酯阻燃剂3％-10％，所述磷酸酯阻燃剂具有如下的结构式：

其中，R1为甲基、乙基、丁基、苯基和烷苯基中的一种。

在一些优选的实施方式中，所述有机溶剂为链状或环状的碳酸酯类、羧酸酯类中的一种或多种。

在一些优选的实施方式中，所述有机溶剂由碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二甲酯组成。

在一些优选的实施方式中，所述有机溶剂由体积比为1：1：1的碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二甲酯组成。