阻燃添加剂、共溶剂和锂离子电池制造技术

本发明专利技术涉及锂离子电池技术领域，公开了一种阻燃添加剂、共溶剂和锂离子电池。所述阻燃添加剂包括有机磷阻燃剂、含氮有机化合物和卤代酸酯，所述有机磷阻燃剂、所述含氮有机化合物和所述卤代酸酯的质量比为1：(0.3‑1.8)：(0.3‑1.8)。本发明专利技术的阻燃添加剂和含有该阻燃添加剂的共溶剂具有优异的阻燃功效，采用该共溶剂制备的锂离子电池具有良好的阻燃效果，从而提高了锂离子电池的整体安全性能，同时该锂离子电池具有良好的循环性能。

Flame retardant additive, co solvent and lithium ion battery

The invention relates to the technical field of lithium ion batteries, and discloses a flame retardant additive, a co solvent and a lithium ion battery. The flame retardant additives include organophosphorus flame retardants, nitrogen containing organic compounds and halogenates, and the mass ratio of the organophosphorus flame retardant, the nitrogen containing organic compound and the halide is 1: (0.3. 1.8) (0.3. 1.8). The flame retardant additive of the invention and the co solvent containing the flame retardant have excellent flame retardancy effect. The lithium ion battery prepared by the co solvent has good flame retardant effect, thus improving the overall safety performance of the lithium ion battery, and the lithium ion battery has good cycling performance.

【技术实现步骤摘要】
阻燃添加剂、共溶剂和锂离子电池
本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种阻燃添加剂、含有该阻燃添加剂的共溶剂和采用该共溶剂作为电解液的锂离子电池。
技术介绍
自1990年日本Sony公司生产出第一块商业化的锂离子电池以来，锂离子电池以其工作电压高、体积小、质量轻、能量密度高、无记忆效应、污染小、自放电小、循环寿命长等优点开启了锂离子电池高速发展的篇章。近年来，锂离子二次电池除了应用在消费类电子产品领域外，还广泛应用在电动汽车和储能上，并被视为解决汽车尾气污染、减少化石能源消耗、建设能源互联网的重要手段。锂离子电池是一种高能量体系，且含有易燃的酯类和聚烯烃等有机化合物，其安全性风险已经成为目前制约锂离子电池在电动车、储能等领域大规模应用的主要问题。造成锂离子电池安全性不佳的原因很多：一方面，锂离子电池采用有机溶液，当电池处于过充状态时有机溶剂容易在正极表面产生不可逆的氧化分解，在放出大量热量的同时伴随着大量可燃性气体的产生，导致电池内部温度及压力急剧上升，从而给电池带来爆炸、燃烧的危险。另一方面，锂离子电池内部自身存在一系列潜在的放热反应，当电池在使用过程中因各种原因造成内外部短路而引起内部温升较大时，容易引发这些放热反应而造成热失控。由于目前广泛使用的电解液溶剂体系均为低闪点的有机酯类，在电池发生爆炸时，往往伴随着剧烈的燃烧，加重了安全性事故的危害程度。安全问题是锂离子电池在电动汽车和储能上应用的主要障碍，尤其对于大型储能电池系统而言，电池系统的能量很高(达数MW甚至几十MW)，集中放置的电池的安全问题是极其受关注的。电池的起火燃烧乃至爆炸主要与液体电解液的高可燃性相关，电池热失控后引起的起火都是可燃的电解液先燃烧的。因此针对锂离子电池安全电解液的研发显得尤为关键。目前，针对锂离子电池电解液存在的问题，技术研发主要是从研究新型添加剂入手，通过不同种类、不同含量添加剂的组合，提高电池的性能。因此，可以说电解液技术主要是添加剂技术。但目前尚无为锂离子储能电池应用而专门开发的添加剂技术，这就使得当前添加剂技术难以满足储能应用需求，主要体现在：(1)针对储能电池专用的电解液研发不足，国外的锂离子电池电解液公司，如日本三菱，长期专注锂离子电池电解液的研究，其针对特定型号的锂离子电池，都有针对性电解液配方的开发，从溶剂选择到多功能添加剂的开发都有深入研究，以实现电池性能的最优化。电解液研究的重点在于功能添加剂的研究，目前来看，锂离子电池电解液添加剂的相关专利多掌握在日本人手里。但即便是电解液技术领先的日本，也未见储能电池专用电解液。国内针对储能用的锂离子电池的研究尚不多，缺乏针对储能体系的锂离子电池材料体系的匹配研究，对储能用锂离子电池的电解液的研究也很少。(2)电解液的阻燃性解决不理想，目前的电解液体系多采用碳酸酯，如DMC、DEC、EMC、EC、PC等；另外还有羧酸酯类化合物以及醚类化合物，这些有机物都是可燃的，尤其是一些化合物挥发性强，闪点及燃点低，电池若使用不当，极易引燃这些有机溶剂，发生燃烧甚至爆炸。为解决上述问题，需对现有的电解液体系进行改善，提高其阻燃性进而改善锂离子电池的安全性。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中存在的上述问题，提供一种阻燃添加剂、含有该阻燃添加剂的共溶剂和采用该共溶剂作为电解液的锂离子电池。本专利技术的阻燃添加剂和含有该阻燃添加剂的共溶剂具有优异的阻燃功效，采用该共溶剂制备的锂离子电池具有良好的阻燃效果，从而提高了锂离子电池的整体安全性能，同时该锂离子电池具有良好的循环性能。为了实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种阻燃添加剂，所述阻燃添加剂包括有机磷阻燃剂、含氮有机化合物和卤代酸酯，所述有机磷阻燃剂、所述含氮有机化合物和所述卤代酸酯的质量比为1：(0.3-1.8)：(0.3-1.8)。第二方面，本专利技术提供了一种共溶剂，该共溶剂包括锂盐、有机溶剂和阻燃添加剂，所述阻燃添加剂为本专利技术所述的阻燃添加剂。第三方面，本专利技术提供了一种锂离子电池，该锂离子电池包括正极、负极、隔膜、外壳和电解液，所述电解液为本专利技术所述的共溶剂。本专利技术的阻燃添加剂和共溶剂(为一种阻燃共溶剂)，制备工艺简单且具有优异的阻燃功效，从根本上减少了传统电解液体系中的氢自由基[H]·，采用该共溶剂制备的锂离子电池具有良好的阻燃效果，从而提高了锂离子电池的整体安全性能，同时该锂离子电池具有良好的循环性能，符合储能等应用对锂离子电池的要求。具体地，采用该共溶剂制成的锂离子电池在受热时，有机磷阻燃剂会气化分解，释放出具有捕获电解液体系中氢自由基[H]·能力的阻燃自由基[P]·，阻止碳氢化合物燃烧或爆炸的链式反应发生，从而提高锂离子电池的热失控温度，增加电池的高温安全性；含氮有机化合物的作用机理与有机磷阻燃剂类似，当其受热时，分解成气态氮化物，然后分解释放的[N]·自由基与氢自由基结合形成NH3等不燃性物质，进而阻止链式反应的进行；卤代酸酯为闪点很高或无闪点的有机溶剂，如氟原子取代氢原子后，溶剂分子的含氢量降低，可燃性降低，添加到电解液中能明显改善电解液的热稳定性，同时，借助F元素的吸电子效应，优化固体电解质界面膜，改善电解液与活性材料间的相容性，进而稳定电极的电化学性能，使得锂离子电池保持良好的循环性能。当有机磷阻燃剂、含氮有机化合物和卤代酸酯以特定的比例混合时，会使得制得的锂离子电池兼具良好的阻燃效果和循环性能。根据本专利技术的一种优选的实施方式，该共溶剂包括锂盐、有机溶剂、阻燃添加剂和SEI膜成膜添加剂，前述四类物质能够方便的、完全的相互共溶，并形成稳定的适用于锂离子电池的具备阻燃功能的非水溶液，由此制得的锂离子电池具有明显优异的阻燃效果和循环性能。具体实施方式在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。第一方面，本专利技术提供了一种阻燃添加剂，所述阻燃添加剂包括有机磷阻燃剂、含氮有机化合物和卤代酸酯，所述有机磷阻燃剂、所述含氮有机化合物和所述卤代酸酯的质量比为1：(0.3-1.8)：(0.3-1.8)。为了进一步提高阻燃添加剂和含有该阻燃添加剂的共溶剂的阻燃效果，使得制得的锂离子电池兼具良好的阻燃效果和循环性能，优选情况下，所述有机磷阻燃剂、所述含氮有机化合物和所述卤代酸酯的质量比为1：(0.5-1.2)：(0.5-1.2)。优选情况下，有机磷阻燃剂为有机磷酸酯，进一步优选地，所述有机磷酸酯为磷酸三甲酯(TMP)、磷酸三乙酯(TEP)、磷酸三丁酯(TBP)、磷酸三苯酯(TPP)、磷酸二苯甲苯酯(CDP)和二苯基辛基磷酸酯(DPOF)中的至少一种。优选情况下，含氮有机化合物为酰胺类化合物和/或异氰酸酯类化合物，进一步优选地，所述酰胺类化合物为二甲基乙酰胺(DMAC)、二乙基乙酰胺和苯甲酰胺中的至少一种，所述异氰酸酯类化合物为三烯丙基异氰脲酸酯(又称三聚氰酸三烯丙酯，TAC)、三烯丙基异氰酸酯(TAIC)和甲苯二异氰酸酯中的至少一种。优选情况下，卤代酸酯为卤代磷酸酯和/或卤代碳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阻燃添加剂，其特征在于，该阻燃添加剂包括有机磷阻燃剂、含氮有机化合物和卤代酸酯，所述有机磷阻燃剂、所述含氮有机化合物和所述卤代酸酯的质量比为1：(0.3‑1.8)：(0.3‑1.8)。

【技术特征摘要】
1.一种阻燃添加剂，其特征在于，该阻燃添加剂包括有机磷阻燃剂、含氮有机化合物和卤代酸酯，所述有机磷阻燃剂、所述含氮有机化合物和所述卤代酸酯的质量比为1：(0.3-1.8)：(0.3-1.8)。2.根据权利要求1所述的阻燃添加剂，其特征在于，所述有机磷阻燃剂、所述含氮有机化合物和所述卤代酸酯的质量比为1：(0.5-1.2)：(0.5-1.2)。3.根据权利要求1或2所述的阻燃添加剂，其特征在于，所述有机磷阻燃剂为有机磷酸酯；和/或所述含氮有机化合物为酰胺类化合物和/或异氰酸酯类化合物；和/或所述卤代酸酯为卤代磷酸酯和/或卤代碳酸酯。4.根据权利要求3所述的阻燃添加剂，其特征在于，所述有机磷酸酯为磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三丁酯、磷酸三苯酯、磷酸二苯甲苯酯和二苯基辛基磷酸酯中的至少一种；和/或所述酰胺类化合物为二甲基乙酰胺、二乙基乙酰胺和苯甲酰胺中的至少一种；和/或所述异氰酸酯类化合物为三烯丙基异氰脲酸酯、三烯丙基异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯中的至少一种；和/或所述卤代磷酸酯为(2,2,2-三氟乙基)二乙基磷酸酯、三-(2,2,2-三氟乙基)亚磷酸酯和二-(2,2,2-三氟乙基)-甲基磷酸酯中的至少一种；和/或所述卤代碳酸酯为氯代碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯和三氟代碳酸丙烯酯中的至少一种。5.一种共溶剂，其特征在于，该共溶剂包括锂盐、有机溶剂和阻燃添加剂，所述阻燃添加剂为权利要求1-4...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘曙光，刘丹，王恋，任国敏，廖茂宇，
申请(专利权)人：北京汉能光伏投资有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11