一种复合电解液和离子电池制造技术

本发明专利技术提供了一种复合电解液，包括：碳酸酯类化合物；锂盐；十二氟‑2‑甲基‑3‑戊酮；氟表面活性剂。与现有技术相比，本发明专利技术在电解液中添加十二氟‑2‑甲基‑3‑戊酮，在离子电池体系温度升高的情况下吸收大量的热，形成难燃气体氛围，不仅能够有效抑制电池起火还能够在电池发生火灾时起到及时灭火的作用。同时，十二氟‑2‑甲基‑3‑戊酮分子链中的氢原子被氟原子取代后，由于氟碳链间的静电排斥作用，使得电解液体系粘度降低，有利于提高电解液的电导率，从而提高离子电池的电化学性能。因此，本发明专利技术提供的复合电解液能够使离子电池在具有良好的电化学性能的同时还具有较高的安全性。本发明专利技术还提供了一种离子电池。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电池
，尤其涉及一种复合电解液和离子电池。
技术介绍
近年来，随着移动电子设备、动力汽车产业的迅猛发展，极大地增加了对高性能离子电池的需求。具有高能量密度、稳定循环性能、优异倍率性能的新型离子电池不断被报道，但与此同时，其安全性问题也日渐突出。2011年7月18日，上海市一辆纯电动公交车由于磷酸铁锂电池过热引发自燃。此外，自智能手机上市以来，国内外相继发生多起因锂电池故障引发的手机爆炸事故，引起了广泛争议。因此，安全问题已经成为制约锂离子电池发展与应用的关键。目前，市面上使用的锂离子电池的电解液主要由易燃有机溶剂(碳酸酯类溶剂)和锂盐组成。当锂离子电池处于过充、过放、针刺、内短路、挤压、高温等滥用条件下时，电解液极易瞬间起火产生大量的热量，从而引发热失控，造成安全事故，特别是对于大尺寸动力电池，其引发的安全后果更为严重。因此，研究安全高效的锂离子电池电解液，有效防止电池起火，是解决锂离子电池安全问题的有效手段。现阶段，解决电解液安全问题的方法主要集中在两个方面。一是寻找高闪点、高沸点的有机溶剂替代易燃的碳酸酯类溶剂。二是向电解液中添加各类阻燃剂，通过物理吸热或化学阻燃降低电解液的可燃性。由于电解液中采用的溶剂必须要同时满足适宜的粘度、优良的化学稳定性及适宜的电化学窗口等诸多要求，因此更换电解液溶剂很难被实现。相比之下，向电解液中添加阻燃剂具有添加量少、阻燃效率高、选择范围广等特点，成为研发安全电解液的主要方向。有机磷系阻燃剂是近年来研究最多的一类阻燃添加剂，但其粘度较大，电导率低，电化学稳定性差。氮系阻燃剂的阻燃效果好，但其分散性差，添加量大，会引起电池电化学性能的明显衰减。现有技术采用的阻燃剂，不能在提高电池安全性的同时保障电池体系的电化学性能。因此，急需开发一种能够解决电池安全问题与电化学性能之间的矛盾的电解液。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种复合电解液和离子电池，本专利技术提供的复合电解液能够使离子电池在具有良好的电化学性能的同时还具有较高的安全性。本专利技术提供了一种复合电解液，包括：碳酸酯类化合物；锂盐；十二氟-2-甲基-3-戊酮；氟表面活性剂。优选的，所述碳酸酯类化合物选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、γ-丁内酯、碳酸二甲酯和碳酸二乙酯中的一种或几种。优选的，所述锂盐选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双乙二酸硼酸锂和双三氟甲烷磺酰亚胺锂中的一种或几种。优选的，所述十二氟-2-甲基-3-戊酮在复合电解液中的体积浓度为2～15％。优选的，所述氟表面活性剂在复合电解液中的体积浓度为1～5％。优选的，所述复合电解液还包括二甲基乙酰胺。优选的，所述二甲基乙酰胺在复合电解液中的体积浓度为1～5％。优选的，所述复合电解液还包括添加剂，所述添加剂为碳酸亚乙烯酯、亚硫酸乙烯酯和亚硫酸丙烯酯中的一种或几种。优选的，所述添加剂在复合电解液中的体积浓度为1～2％。本专利技术提供了一种离子电池，所述离子电池的电解液为上述技术方案所述的复合电解液。与现有技术相比，本专利技术在电解液中添加十二氟-2-甲基-3-戊酮，这种高含氟化合物能够降低电解液体系的闪点及可燃性，在离子电池体系温度升高的情况下吸收大量的热，形成难燃气体氛围，不仅能够有效抑制电池起火还能够在电池发生火灾时起到及时灭火的作用。同时，十二氟-2-甲基-3-戊酮分子链中的氢原子被氟原子取代后，由于氟碳链间的静电排斥作用，使得电解液体系粘度降低，有利于提高电解液的电导率，从而提高离子电池的电化学性能。而且，本专利技术通过在电解液体系中引入氟表面活性剂，降低了液-液界面张力，使十二氟-2-甲基-3-戊酮与碳酸酯类溶剂具有较好的共溶性，提高了离子电池的循环稳定性。因此，本专利技术提供的复合电解液能够使离子电池在具有良好的电化学性能的同时还具有较高的安全性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例8～13制备得到的C/Li半电池循环测试曲线；图2为本专利技术实施例14～19制备的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(NCM)/Li半电池循环测试曲线；图3为本专利技术实施例1～5制备的电解液的电导率测试图；图4为本专利技术实施例8～12制备的C/Li半电池阻抗测试曲线；图5为本专利技术实施例14～18制备的NCM/Li半电池阻抗测试曲线；图6为本专利技术实施例1～5制备的电解液的C80热稳定性测试曲线；图7为本专利技术实施例制备的电解液+C材料的C80热稳定性测试曲线；图8为本专利技术实施例制备的电解液+NCM材料的C80热稳定性测试曲线。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种复合电解液，包括：碳酸酯类化合物；锂盐；十二氟-2-甲基-3-戊酮；氟表面活性剂。在本专利技术中，所述碳酸酯类化合物为电解液中的溶剂。在本专利技术中，所述碳酸酯类化合物可以为环状碳酸酯和/或链状碳酸酯，优选选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、γ-丁内酯、碳酸二甲酯和碳酸二乙酯中的一种或几种。在本专利技术中，所述锂盐为电解液中的电解质，优选选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双乙二酸硼酸锂和双三氟甲烷磺酰亚胺锂中的一种或几种。在本专利技术中，所述锂盐在复合电解液中的摩尔浓度优选为0.8～1.0mol/L，更优选为0.9mol/L。在本专利技术中，所述十二氟-2-甲基-3-戊酮具有式I结构：在本专利技术中，所述十二氟-2-甲基-3-戊酮相对分子质量为316.04，一个标准大气压下的沸点为49.2℃，汽化热为88.1kJ/kg，是一种清澈、无色、无味、毒性低的液体，能够有效抑制离子电池起火并有效进行灭火。本专利技术对所述十二氟-2-甲基-3-戊酮的来源没有特殊的限制，可采用Novec1230市售商品。在本专利技术中，十二氟-2-甲基-3-戊酮在复合电解液中的体积浓度优选为2～15％，更优选为3～12％，更优选为5～10％，最优选为6～8％。在本专利技术中，十二氟-2-甲基-3-戊酮具有阻燃剂与灭火剂的双重作用。一方面，十二氟-2-甲基-3-戊酮的引入能够有效抑制电池起火，当电池体系温度升高时，十二氟-2-甲基-3-戊酮能够汽化吸走热量，从而降低电池体系温度，高氟元素含量的十二氟-2-甲基-3-戊酮能够与DMAC起到协同阻燃作用，具有强吸电子作用的氟原子能捕获反应中产生的自由基，有效抑制电解液的分解反应。另一方面，当电池火灾发生时，复合电解液中的十二氟-2-甲基-3-戊酮又能够在第一时间内将火扑灭，起到灭火剂的作用，克服人员扑救的时滞性，极大地减少安全损失，特别是对于大型动力电池火灾具有十分重要的意义。在本专利技术中，所述氟表面活性剂具有极高的表面活性，可以极大地改善电池体系的循环性能，同时氟表面活性剂的闪点高，热稳定性高，在300℃范围内不分解，兼具一定的阻燃效果。本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合电解液，包括：碳酸酯类化合物；锂盐；十二氟‑2‑甲基‑3‑戊酮；氟表面活性剂。

【技术特征摘要】
1.一种复合电解液，包括：碳酸酯类化合物；锂盐；十二氟-2-甲基-3-戊酮；氟表面活性剂。2.根据权利要求1所述的复合电解液，其特征在于，所述碳酸酯类化合物选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、γ-丁内酯、碳酸二甲酯和碳酸二乙酯中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的复合电解液，其特征在于，所述锂盐选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双乙二酸硼酸锂和双三氟甲烷磺酰亚胺锂中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的复合电解液，其特征在于，所述十二氟-2-甲基-3-戊酮在复合电解液中的体积浓度为2～15％。5.根据权利要求1所述的复合电解液，其特征在于，所述氟表面活性剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：王青松，姜丽华，陈昊东，孙金华，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34