一种具有阻燃性的高浓度锂电池电解液的制作方法

文档序号:15278554发布日期:2018-08-28 23:15阅读:800来源:国知局

本发明涉及锂电池领域,具体涉及电解液,尤其是涉及一种具有阻燃性的高浓度锂电池电解。



背景技术:

锂离子电池具有能量高,放电能力强,循环寿命长,储能效率高等优点,其在电动汽车、存储电源等方面极具发展前景。电解液是锂离子电池四大关键材料(正极、负极、隔膜、电解液)之一,号称锂离子电池的“血液”,在电池中正负极之间起到传导电子的作用,是锂离子电池获得高电压、高比能等优点的保证。电解液一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐(六氟磷酸锂,lifl6)、必要的添加剂等原料,在一定条件下,按一定比例配制而成的,在锂电池使用性能和稳定性中起着非常重要的作用。

有机溶剂一般用高介电常数溶剂于低粘度溶剂混合使用,有机溶剂在使用前必须严格控制质量,溶剂的纯度于稳定电压之间有密切联系,有机溶剂的水分,对于配制合格电解液起着决定作用;电解质锂盐占电解液成本最大,约占到电解液成本的40%左右,常用的电解质锂盐有高氯酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂等,从成本、安全性等多方面考虑,六氟磷酸锂是商业化锂离子电池采用的主要电解质;添加剂的种类繁多,根据不同用途和性能要求进行添加。随着各类电子产品的功能与性能不断地提升,对电池微型化的要求也更高,随之而来的是对电池的安全性能的更加关注。过去,为了提升电池的安全性,几乎都从电池设计来着手,但是此种方法目前已趋近极限。因此针对锂电池的本身材料,尤其是电解液的稳定性研究具有十分重要的实际意义。

专利申请号201210347143.0公开了一种具有高阻燃性能及电化学性能的锂离子电池用电解液,该电解液包含溶剂、锂盐、阻燃剂和添加剂,添加剂为卤代有机化合物、含不饱和键的环状碳酸酯化合物或含不饱和键的非对称链状碳酸酯化合物中的一种或几种,锂盐的用量为0.6~1.5mol/l,阻燃剂的用量占电解液总质量的1~70%,添加剂的用量占电解液总质量的0.1~15%。此发明通过在锂离子电池用电解液中添加阻燃剂,同时添加能抑制阻燃剂劣化电解液电化学性能的添加剂,使得电解液具有阻燃或不燃性,改善了电池的安全性,并且克服了阻燃剂对电池电化学性能的影响,使电池性能优良。

专利申请号201410853105.1公开了一种阻燃的锂离子电池电解液溶剂和电解液及应用,以100体积份计,该溶剂由以下体积份的组分组成:阻燃剂磷酸三氯代烷基酯(tcpp)1~20份;稳定剂六甲基二硅胺烷(hmdsa)0.1~1份;碳酸乙烯酯(ec)30.45~49.45份;碳酸二乙酯(dec)30.45~49.45份。锂离子电池电解液由阻燃的锂离子电池电解液溶剂和电解质组成。此发明阻燃的锂离子电池电解液溶剂和电解液可应用于制备锂离子电池。该溶剂应用于磷酸铁锂锂离子电池电解液,能较好保持电池的容量和良好循环性能,并表现出良好的阻燃性能,提高了一次和二次锂离子电池的安全性。

专利申请号201510274671.1公开了一种锂离子电池固体电解质膜(sei)及其制备方法:该sei膜有且仅有一层结构,且其厚度为10nm~100nm,无机锂盐含量为50%~95wt%。其制备过程包括待化成电芯制备、sei膜成型、sei膜老化及电芯成型四个步骤。通过调节电解液组分、热压化成温度、压强、电流以及soc,老化温度、时间、压力等工艺参数实现上述sei膜的可控制备。该结构的sei膜具有优良的电化学性能,主要表现为具有更高的循环容量保持率、更好的高温存储性能。

专利申请号201610994867.2公开了一种锂电池电解液的制备方法,属于电池电解液的制备技术领域。其是由1,3-丙磺酸内酯、无机锂盐、环状碳酸酯、有机锂盐和溶剂混合而成,所得到的锂电池电解液由于具有优异的放电循环性能而得以使电池的使用寿命显著延长。

由此可见,现有技术中锂电池的电解液大多为ec、fc类,电解质主流则是六氟磷酸锂,虽然具有良好的导电性和抗氧化性,但其容易水解,副反应产物对电极腐蚀较为严重;而且电极表面所形成的sei膜不稳定,在充放电过程中循环溶解和生成,导致副反应增多,循环性能和稳定性下降等问题。



技术实现要素:

为有效解决上述技术问题,本发明提出了一种具有阻燃性的高浓度锂电池电解液,可有效显著改善传统锂电池界面膜中有机锂成分不稳定引起的循环性能下降的问题,同时使用阻燃剂作为溶剂可以提高电池的安全性能。

本发明的具体技术方案如下:

一种具有阻燃性的高浓度锂电池电解液,所述电解液的电解质为有机锂盐与无机锂盐的混合物;溶剂为三羟甲基丙烷和聚乙二醇。

优选的,所述有机锂盐为大阴离子半径和强电离性锂盐。

优选的,所述有机锂盐为氟化异丙基锂、氟化正丁基锂、氟化叔丁基锂、氟化环己基锂、氟化叔辛基锂、氟化正十二烷基锂、磺化异丙基锂、磺化正丁基锂、磺化叔丁基锂、磺化环己基锂、磺化叔辛基锂或磺化正十二烷基锂中的至少一种。

优选的,所述无机锂盐为硫酸锂、氟化锂或硼酸锂中的至少一种。

优选的,所述有机锂盐在电解液中的浓度为5.4~5.6mol/l。

优选的,所述无机锂盐在电解液中为饱和状态。

优选的,所述三羟甲基丙烷和聚乙二醇的体积比为100:5。

本发明上述内容提出的一种高稳定性的高浓度锂电池电解液,通过高浓度无机锂盐在负极表面均匀形成的sei膜,其成分为全无机锂盐,在充放电循环中不会溶解脱落,从而抑制电解液与电极反应。使用具有阻燃性的tmp作为溶剂,溶剂分子与锂离子形成配位结构,游离相较少,对电解液的离子迁移率影响较小。

本发明的有益效果为:

1.提出了一种高稳定性的高浓度锂电池电解液。

2.本发明通过在负极表面均匀形成的全无机锂盐sei膜,在充放电循环中不会溶解脱落,有效抑制了电解液与电极的副反应,制得的锂电池的循环性能和稳定性好。

3.本发明的电解液以阻燃剂作为溶剂,可有效提高电池的安全性能,适用范围广,应用前景佳。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明,但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。

实施例1

电解液的电解质为有机锂盐与无机锂盐的混合物;

有机锂盐为氟化异丙基锂;无机锂盐为硫酸锂;

有机锂盐在电解液中的浓度为5.5mol/l;无机锂盐在电解液中为饱和状态;

电解液的溶剂为三羟甲基丙烷和聚乙二醇。

三羟甲基丙烷和聚乙二醇的体积比为100:5。

实施例2

电解液的电解质为有机锂盐与无机锂盐的混合物;

有机锂盐为氟化环己基锂;无机锂盐为氟化锂;

有机锂盐在电解液中的浓度为5.4mol/l;无机锂盐在电解液中为饱和状态;

电解液的溶剂为三羟甲基丙烷和聚乙二醇。

三羟甲基丙烷和聚乙二醇的体积比为100:5。

实施例3

电解液的电解质为有机锂盐与无机锂盐的混合物;

有机锂盐为氟化叔辛基锂;无机锂盐为硼酸锂;

有机锂盐在电解液中的浓度为5.6mol/l;无机锂盐在电解液中为饱和状态;

电解液的溶剂为三羟甲基丙烷和聚乙二醇。

三羟甲基丙烷和聚乙二醇的体积比为100:5。

实施例4

电解液的电解质为有机锂盐与无机锂盐的混合物;

有机锂盐为磺化正丁基锂;无机锂盐为硫酸锂;

有机锂盐在电解液中的浓度为5.6mol/l;无机锂盐在电解液中为饱和状态;

电解液的溶剂为三羟甲基丙烷和聚乙二醇。

三羟甲基丙烷和聚乙二醇的体积比为100:5。

实施例5

电解液的电解质为有机锂盐与无机锂盐的混合物;

有机锂盐为磺化环己基锂;无机锂盐为氟化锂;

有机锂盐在电解液中的浓度为5.5mol/l;无机锂盐在电解液中为饱和状态;

电解液的溶剂为三羟甲基丙烷和聚乙二醇。

三羟甲基丙烷和聚乙二醇的体积比为100:5。

对比例1

市售电解液,有机溶剂,由体积比1:1的碳酸二甲酯和碳酸乙烯酯构成;电解质由lipf6提供,浓度为1摩尔/升。

上述实施例1~5及对比例1制得的锂电池电解液,测试其充放电衰减率、自熄时间,测试表征的方法或条件如下:

充放电衰减率:选用铝壳电池,正极片中m(磷酸铁锂):m(乙炔黑):m(聚偏氟乙烯)=85:7:8,人造石墨为负极,celgard2500聚丙烯微孔隔膜,电解液分别为实施例1~5及对比例1得到的电解液,得到模拟电池。

测试在1c、2c和5c倍率下,将上述模拟电池进行充放电循环试验,计算平均1次的比容量下比率,即为衰减率,表征其循环性能。

自熄时间:将电解液用微样进样器低价哀悼热重实验用的铝坩埚内,点火2s,测定从开始燃烧到熄灭的时间,即自熄时间,表征电解液阻燃性能。

结果如表1所示。

表1:

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