一种高安全性电池电解液的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种高安全性的电池电解液，该电解液包括电解质和溶剂，且所述溶剂为碳酸酯与氟代醚类溶剂的混合溶剂。采用本发明提供的电解液可以显著提高电池的安全性能，有效防止电池因过热导致电解液燃烧甚至爆炸。
【专利说明】-种高安全性电池电解液
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电化学储能【技术领域】，具体地，本发明提供了一种高安全性的锂离子 电池电解液体系。
【背景技术】
[0002] 随着全球经济的高速发展，传统化石能源的采集和利用难以满足现代经济发展的 需求，并带来一系列社会及环境问题，已成为世界范围内亟待解决的现实和战略问题，有 "绿色环保能源"之称的锂离子电池，因其具有无记忆效应、环境友好、工作电压和能量密度 高以及循环寿命长等优点成为下一代新能源的首选技术。近年来此领域已受到世界的广泛 关注，并已取得了巨大的成功，但是在锂离子电池体系中，其必不可少的组分之一有机电解 液，因其主要由易燃易爆的有机溶剂组成，因此即使目前锂电池体系使用了安全性较高的 正极材料如磷酸铁锂和锰酸锂，锂离子电池体系仍然具有极大的安全隐患。
[0003] 商业化的有机电解液由导电锂盐和有机碳酸酯组成，这些碳酸酯主要是碳酸乙烯 酯，碳酸二乙酯，碳酸二甲酯等，由于其闪点较低，此类溶剂具有较高的易燃易爆性。当锂离 子电池在过度充放电、短路、大电流长时间工作的情况下，放出大量的热，此类有机溶剂易 发生燃烧和爆炸事故。因此，降低有机电解液体系的易燃易爆性具有重大的意义。就目前 而言，对于高安全性的锂离子电池电解液的研究，主要有磷系、卤系等阻燃添加剂的加入和 高沸点、高闪点有机溶剂的应用。
[0004] 鉴于已有的发现，本发明提供一种高安全性的锂离子电池电解液，主要由锂盐，碳 酸酯和氟代醚类混合溶剂组成。所采用氟代醚与其它非氟性溶剂有较好的相容性并且具有 较低的沸点、较高的闪点。一方面，当锂离子电池升温时，由于氟代醚类溶剂的汽化过程将 会大量吸热，可以有效降低锂离子电池的升温速率；同时由于此类低沸点溶剂的蒸发，增加 了锂电池内部的压力，可以冲开电池的压力阀，有效地降低了电池体系爆炸的可能性。另一 方面，由于氟代醚类溶剂的闪点较高且其高温易分解，产生的氟自由基具有较强的阻燃性 能，此类溶剂的加入将有效降低锂离子电池电解液体系的易燃性。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种高安全性的锂离子电池电解液体系。
[0006] 本发明的第一方面，提供了一种电解液体系，所述电解液体系包含电解质和溶剂， 其中，所述溶剂为碳酸酯与氟代醚类溶剂的混合溶剂。
[0007] 在另一优选例中，所述混合溶剂中，碳酸酯与氟代醚类溶剂的质量比例为 1:0. 01?100,较佳地为1 :0· 05?20 ;更佳地，1 :0· 1?10。
[0008] 在另一优选例中，所述的电解液体系的闪点> 45°C。
[0009] 在另一优选例中，所述碳酸酯选自下组：取代或未取代的Cl?C20环状碳酸酯、取 代或未取代的C1?C20链状碳酸酯，或其组合。
[0010] 在另一优选例中，所述的环状碳酸酯选自下组：碳酸乙烯酯（EC)、碳酸丙烯酯 (PC)，或其组合。
[0011] 在另一优选例中，所述的链状碳酸酯选自下组：碳酸二甲酯（DMC)、碳酸二乙酯 (DEC)、碳酸甲乙酯（EMC)，或其组合。
[0012] 在另一优选例中，所述氟代醚类溶剂具有选自下组的一个或多个特征：
[0013] (a)沸点低于 244°C ;
[0014] (b)氟氢摩尔比F/H为0· 4-7 ;
[0015] (c)闪点彡 45Γ;
[0016] (d)在电解液中所占的质量百分比为0· 1?90%。
[0017] 在另一优选例中，所述的氟代醚类溶剂是不燃烧的氟代醚类。
[0018] 在另一优选例中，所述的氟代醚类溶剂的沸点为60 - 130°C。
[0019] 在另一优选例中，所述的氟代醚类溶剂的闪点为70 - 140°C。
[0020] 在另一优选例中，所述氟代醚类溶剂具有如下结构：
[0021] (CHF2-CF2-〇)n-R (I)
[0022] 其中，R选自下组：取代或未取代的Cl?CIO烷基，取代或未取代的C6?CIO芳 基；
[0023] n=l 或 2 ;
[0024] 其中，取代指基团上的一个或多个氢原子被选自下组的取代基所取代：卤素、取代 或未取代的C1?C5烷基、取代或未取代的C1?C5烷氧基、取代或未取代的C1?C5卤代 烷基、取代或未取代的C1?C5齒代烷氧基、取代或未取代的C2?C5醚基、取代或未取代 的C2?C5酯基。
[0025] 在另一优选例中，所述R选自下组：取代或未取代的C1?C5烷基、取代或未取代 的C6?C10芳基、或CHF 2CF20R2-;其中，R2为取代或未取代的C1?C5烷基或取代或未取 代的C6?C10芳基。
[0026] 在另一优选例中，所述氟代醚类溶剂为式（A)所示化合物，
[0027]
【权利要求】
1. 一种电解液体系，所述电解液体系包含电解质和溶剂，其特征在于，所述溶剂为碳酸 酯与氟代醚类溶剂的混合溶剂。
2. 如权利要求1所述的电解液体系，其特征在于，所述碳酸酯选自下组：取代或未取代 的C1?C20环状碳酸酯、取代或未取代的C1?C20链状碳酸酯，或其组合。
3. 如权利要求1所述的电解液体系，其特征在于，所述氟代醚类溶剂具有选自下组的 一个或多个特征： (a) 沸点低于244°C ; (b) 氟氢摩尔比F/H为0· 4-7 ; (c) 闪点彡45°C ; (d) 在电解液中所占的质量百分比为0. 1?90%。
4. 如权利要求1所述的电解液体系，其特征在于，所述氟代醚类溶剂具有如下结构： (CHF2-CF2-〇)n-R (I) 其中，R选自下组：取代或未取代的Cl?CIO烷基，取代或未取代的C6?CIO芳基； n=l 或 2 ; 其中，取代指基团上的一个或多个氢原子被选自下组的取代基所取代：卤素、取代或未 取代的C1?C5烷基、取代或未取代的C1?C5烷氧基、取代或未取代的C1?C5齒代烷 基、取代或未取代的C1?C5卤代烷氧基、取代或未取代的C2?C5醚基、取代或未取代的 C2?C5酯基。
5. 如权利要求1所述的电解液体系，其特征在于，所述电解质为锂盐。
6. 如权利要求1所述的电解液体系，其特征在于，所述电解液体系还包括选自下组的 添加剂：碳酸亚乙烯酯（VC)、氟碳酸乙烯酯（FEC)、联苯（BP)、亚硫酸乙烯酯（ES)、亚硫酸丙 烯酯（PS)、乙烯基亚硫酸乙烯酯（VES)、乙烯基碳酸乙烯酯（VEC)、环己基苯、二苯胺、三苯 胺、邻苯二胺、对苯二胺、间苯二胺，或其组合。
7. 如权利要求1所述的电解液体系的制备方法，其特征在于，包括： (a) 将氟代醚类溶剂与碳酸酯混合，得到混合溶剂； (b) 将电解质加入到所述混合溶剂中，搅拌溶解，得到权利要求1所述电解液体系。
8. 如权利要求1所述的电解液体系的用途，其特征在于，所述电解液体系用于制备： ⑴锂一次电池；（ii)锂二次电池；（iii)锂离子电池；或（iv)锂-空气电池。
9. 一种电池，其特征在于，所述电池包括如权利要求1?6任一所述的电解液体系。
10. 如权利要求9所述的电池，其特征在于，所述电池为锂一次电池、锂二次电池、锂离 子电池或锂-空气电池。
【文档编号】H01M10/0569GK104124470SQ201310149091
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2013年4月25日 优先权日:2013年4月25日
【发明者】秦银平, 刘杨, 方燕群, 王德宇 申请人:中国科学院宁波材料技术与工程研究所