一种高安全锂离子电池用电解液及锂离子电池制造技术

本发明专利技术涉及锂离子电池制造技术领域。本发明专利技术公开了一种高安全锂离子电池用电解液，其由有机溶剂、锂盐、热阻断添加剂、正极成膜剂和负极成膜剂等原料组成，其中有机溶剂为碳酸酯类，锂盐为六氟磷酸锂，正极成膜添加剂为三（六氟异丙基）磷酸酯和腈类添加剂的混合物，负极成膜添加剂为1,3‑丙烯基‑磺酸内酯。本发明专利技术提供的高压电解液，具有较好的耐氧化、耐高温及安全特性；采用该电解液的高能量密度电池，在高压、高温下具有良好的循环及安全性能；本发明专利技术的电解液同时还添加有热阻断添加剂，改善电解液的安全性能，使得组装而成的锂离子电池在高温下能够自动停止产热反应，保证锂离子电池的正常使用和使用安全。

【技术实现步骤摘要】
一种高安全锂离子电池用电解液及锂离子电池
本专利技术涉及锂离子电池制造
，尤其是涉及一种高安全锂离子电池用电解液及锂离子电池。
技术介绍
近年来，便携式电子产品、电动汽车、储能电站等领域的快速发展，对能量贮存技术提出了更高的要求。锂离子电池由于其高的能量密度而成为这些领域的首要选择，并且其能量密度也越来越高。伴随着锂离子电池能量密度越来越高，它面临的安全问题越来越严峻，已经严重限制了高能量密度锂离子电池的终端使用。锂离子电池的安全问题主要是由于电池热失控产生的。电池内部因为异常产热反应，导致电池内部温度持续升高，继而引发更多产热副反应，导致电池起火甚至爆炸，从而严重威胁使用者的生命财产安全。为了改善这一问题，人们采用各种策略来提高锂离子电池的安全特性。可以采用如下方法，1、是通过陶瓷涂层提高隔膜的热稳定性，避免因为隔膜热收缩而引起正负极接触，从而减缓热失控反应；2、在隔膜上涂覆在特定温度下融化的聚合物，利用聚合物的融化，阻断电池内部正负极之间的锂离子传导通道，从而避免电池热失控的加剧。对于方法1，由于涂覆陶瓷的隔膜仅能提高隔膜的热稳定性，并不能阻断产热副反应，因此其改善效果有限。对于方法2，虽然可以部分遏制电池的热失控反应，但是由于锂离子电池电极通常都是多孔电极，电解液填充在丰富的电极空隙中；正负极之间的锂离子传导被阻断，但是电极内部活性物质与电解液的反应仍然在继续进行，会进一步导致热量积累引发热失控反应。上述两种处理方法的缺点在于，其都是对锂离子电池隔膜进行处理或采用新材料，但是其不能完全从源头遏制锂离子电池内部产热反应的发生和持续恶化，甚至会加剧这种产热反应，使得在某一时段内，锂离子电池变得更加容易发生自燃或爆炸。因此，作为锂离子电池内部离子迁移介质的电解液，成为改善锂离子电池安全性的研究对象。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种添加了热阻断添加剂，能够在能够抑制锂离子电池内部温度异常升高的高安全锂离子电池用电解液；本专利技术还提供了一种含有上述电解液的锂离子电池。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种高安全锂离子电池用电解液，由有机溶剂、锂盐、热阻断添加剂、正极成膜剂和负极成膜剂组成，有机溶剂为碳酸酯类，锂盐为六氟磷酸锂，正极成膜添加剂为三（六氟异丙基）磷酸酯和腈类添加剂的混合物，负极成膜添加剂为1,3-丙烯基-磺酸内酯；电解质锂盐的浓度为0.9～1.2mol/L，，正极成膜添加剂占电解液的重量百分比为0.2～4%，负极成膜添加剂占电解液的重量百分比为1～4%，热阻断添加剂占电解液的重量百分比为2～6%。正极成膜添加剂三（六氟异丙基）磷酸酯（HFiP）可优先于电解液溶剂在相对较低的电位下氧化分解，在电极表面形成稳定且均一性好的界面膜，抑制了电解液的分解，保证了电解液组分的稳定性，减少了电极与正极材料之间副反应的发生，维持了电极/电解液界面的稳定性，有利于降低材料在循环过程中的正极膜层阻抗和电化学传荷阻抗，有益于锂离子在循环过程中在电极可逆地嵌入/脱出，有效地改善了高能量密度正极材料的电化学性能；腈类添加剂具有较宽的电化学窗口，良好的热性能，适中的介电常数，常作高添加剂的优选，腈类添加剂可以进一步参与正极成膜，抑制电解液的分解及正极金属离子的溶解，保证电解液和正极材料的的稳定性。添加负极成膜添加剂1,3-丙烯基-磺酸内酯（PST），有助于形成阻抗低、稳定性高的负极SEI膜，同时PST可以减少电解液与正负极的反应，有效提高了电解液的耐氧化及耐高温特性。本专利技术中还添加有热阻断添加剂，其中添加有低熔点聚合物添加剂，该添加剂在正常情况下均匀悬浮在电解液中，当锂离子电池内部温度升高后并到达一定温度后，低熔点聚合物会发生融化，从而也造成本添加剂融化成薄片状，甚至众多添加剂颗粒融合，变成能够增加电池内阻的隔层，进而降低电解液内部的离子迁移，降低电池内部的产热作用，保证锂离子电池的使用安全。作为优选，有机溶剂由由碳酸乙烯酯、碳酸甲乙烯酯和碳酸二甲酯按体积比2～3：4～6：1～2组成。作为优选，正极成膜剂种腈类添加剂与三（六氟异丙基）磷酸酯的重量比为1：1。作为优选，正极成膜剂种的腈类添加剂为丁二腈、己二腈或辛二腈中的一种。作为优选，热阻断添加剂由以下步骤制得：a）按以下重量份称取原料：聚乙烯12～16份，导电剂8～16份，粘结剂8～10份，分散剂2～3份，无水乙醇25～35份；b）取原料中一半的无水乙醇，依次向其中加入分散剂和导电剂，超声分散10～20分钟，制得混合A液；c）在另一半无水乙醇中依次加入聚乙烯和粘结剂，超声分散直至聚乙烯和粘结剂完全溶解，制得混合B液；d）将混合B液加入到混合A液，加入的同时以10～15rpm速率搅拌，在混合完全后再持续以5～10rpm速率搅拌25～30分钟，制得混合液；e）除去混合液中的无水乙醇，然后干燥，将干燥后得到的固体，粉碎至500～600目，制得热阻断添加剂。作为优选，聚乙烯为低密度聚乙烯，其分子量为20000～40000；导电剂为导电石墨、科琴黑、乙炔黑或石墨烯中的一种或多中的混合物；粘结剂为超高分子量聚乙烯和聚偏氟乙烯按重量比1：2.5～4混合制得；分散剂为三硬脂酸甘油酯或乙烯基双硬酯酰胺中的一种。乙炔炭黑、科琴黑、碳纤维和碳纳米管都是良好的导电剂，在聚合物中适量掺杂能够增加聚合物混合物的导电性，其中采用粒径适中并均匀的乙炔炭黑作为本专利技术中添加剂中的导电剂，能够使添加剂对电解液导电性能的不良影响降低到最小。聚偏氟乙烯和超高分子量聚乙烯相配合可以增强粘结性能，对添加剂中的其他组分起到粘结的作用使各种原料混合后，能够均匀的连接在一起。同时聚偏氟乙烯还具有一定的PTC效应，在温度升高时电阻迅速增大，在起到粘结剂的作用时，还可以在高温环境下保护电池，减缓或者组织电池内部发生产热反应；同时添加的超高分子量聚乙烯可以提高聚偏氟乙烯的电阻稳定性，在正常温度下能够在添加剂内部导电剂的配合下，将添加剂对电池内阻的影响降到最低，此外在聚偏氟乙烯中添加合适种类合适添加量的导电剂还能够调节其正温度系数效应的特性，使其电阻激增的温度符合使用需求；超高分子量聚乙烯还能够消除聚偏氟乙烯在高温时发生NTC效应的概率，保证锂离子电池不发生过热反应，保证锂离子电池使用过程中的安全。由于本专利技术中电解液添加剂具有正温度系数效应，正常情况下，其不会影响负极的导电性能，能够使得电池正常运行，当锂离子电池内部由于某些原因温度升高时（温度升高到120℃以上时），电解液添加剂的正温度系数效应发挥作用，使得电解液的内阻迅速上升，从而降低锂离子电池内部的电流，进而降低锂离子电池内部的产热反应，从而保证锂离子电池使用的安全。作为优选，粘结剂中的聚偏氟乙烯在添加前经以下处理：先将聚偏氟乙烯在200～250℃下烘烤10～40分钟，然后在10～40℃水中淬火；接着将淬火后的聚偏氟乙烯在1.5～3MV/cm极化电场下极化5～20分钟，然后粉碎至150～200目。作为优选，步骤b和步骤c中，超声分散时加热至30～40℃；步骤d中，混合B液在15～20分钟内完全加入到混合A液中。市售的聚偏氟乙烯通常是α晶型的聚偏氟乙烯，而且α晶型的聚偏氟乙烯也通常便宜一些，但是α晶型的聚偏氟乙烯没有正温度系数效应，只有β晶型本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高安全锂离子电池用电解液，由有机溶剂、锂盐、热阻断添加剂、正极成膜剂和负极成膜剂组成，其特征在于：有机溶剂为碳酸酯类，锂盐为六氟磷酸锂，正极成膜添加剂为三（六氟异丙基）磷酸酯和腈类添加剂的混合物，负极成膜添加剂为1,3‑丙烯基‑磺酸内酯；电解质锂盐的浓度为0.9～1.2mol/L，，正极成膜添加剂占电解液的重量百分比为0.2～4%，负极成膜添加剂占电解液的重量百分比为1～4%，热阻断添加剂占电解液的重量百分比为2～6%。

【技术特征摘要】
1.一种高安全锂离子电池用电解液，由有机溶剂、锂盐、热阻断添加剂、正极成膜剂和负极成膜剂组成，其特征在于：有机溶剂为碳酸酯类，锂盐为六氟磷酸锂，正极成膜添加剂为三（六氟异丙基）磷酸酯和腈类添加剂的混合物，负极成膜添加剂为1,3-丙烯基-磺酸内酯；电解质锂盐的浓度为0.9～1.2mol/L，，正极成膜添加剂占电解液的重量百分比为0.2～4%，负极成膜添加剂占电解液的重量百分比为1～4%，热阻断添加剂占电解液的重量百分比为2～6%。2.根据权利要求1所述的一种高安全锂离子电池用电解液，其特征在于：所述的有机溶剂由由碳酸乙烯酯、碳酸甲乙烯酯和碳酸二甲酯按体积比2～3：4～6：1～2组成。3.根据权利要求1所述的一种高安全锂离子电池用电解液，其特征在于：所述的正极成膜剂种腈类添加剂与三（六氟异丙基）磷酸酯的重量比为1：1。4.根据权利要求1或3所述的一种高安全锂离子电池用电解液，其特征在于：所述正极成膜剂种的腈类添加剂为丁二腈、己二腈或辛二腈中的一种。5.根据权利要求1所述的一种高安全锂离子电池用电解液，其特征在于所述的热阻断添加剂由以下步骤制得：a）按以下重量份称取原料：聚乙烯12～16份，导电剂8～16份，粘结剂8～10份，分散剂2～3份，无水乙醇25～35份；b）取原料中一半的无水乙醇，依次向其中加入分散剂和导电剂，超声分散10～20分钟，制得混合A液；c）在另一半...

【专利技术属性】
技术研发人员：佘海中，
申请(专利权)人：长兴天晟能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33