高压锂离子电池阻燃剂、电解液及其电池制造技术

本发明专利技术公开了一种高压锂离子电池阻燃剂、电解液及其电池，高压锂离子电池阻燃剂为全氟代或大部分氟代的磺酰基化合物。本发明专利技术提供的高压锂离子电池阻燃剂为全氟代或大部分氟代的磺酰基化合物，具有抗氧化特性，在高压下较为稳定，不仅不影响锂离子电池的性能，还能抑制氢氧自由基或氢自由基的链式反应，降低电解液的可燃性，同时电池燃烧时，阻燃剂分解产生的SO

Flame retardant, electrolyte and battery of high voltage lithium ion battery

【技术实现步骤摘要】
高压锂离子电池阻燃剂、电解液及其电池
本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种高压锂离子电池阻燃剂、电解液及其电池。
技术介绍
传统的化石燃料的使用会释放大量的二氧化碳及硫化物、氮化物和粉尘等有害气体，引起温室效应并污染环境，同时随着这些传统化石燃料的逐渐枯竭，开发和利用可再生的清洁能源势在必行。清洁能源包括水能、太阳能、风能、潮汐能和核能等，属可再生能源。通过中间转换，即利用储能设备，以电能-其它形式能量-电能的方式可将这些能源利用起来，储能器件中锂离子电池因其具有电压高、能量密度高、寿命长和安全性高等优点受到了大量的关注，在便携式电子产品、大型动力电源以及储能电站应用领域迅速发展。应用领域的迅速发展对锂离子电池的高功率、高安全性、长寿命、低成本提出更高的要求。高压尖晶石镍锰酸锂具有高达4.7V(VsLi)的高电压平台，高的工作电压可极大降低电池的BMS管理成本以及安全性，且尖晶石结构的镍锰酸锂具有三维的锂离子通道，具有高功率的优点，同时镍锰酸锂中不含稀有资源Co，成本较低，是非常好的下一代正极电池材料。锂离子电池的安全问题一直是大家关注的问题，然而由于目前的锂离子电池多使用极易燃烧的碳酸酯类有机电解液，电池过充过放和过热等都有可能引起电池燃烧甚至爆炸。在电解质中添加阻燃剂可降低电解质的可燃性，然而在高压下，普通的电解液阻燃剂会发生氧化分解，从而影响锂离子电池的电化学性能。
技术实现思路
针对上述的不足，本专利技术目的之一在于，提供一种在高压下不发生氧化分解，同时不影响电池性能，提高电池的电化学稳定性和热力学稳定性的高压锂离子电池阻燃剂。本专利技术目的之二在于，提供一种含有上述高压锂离子电池阻燃剂的高压锂离子电池电解液。本专利技术目的之三在于，提供一种含有上述高压锂离子电池电解液的锂离子电池。为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案是：一种高压锂离子电池阻燃剂，其为全氟代或大部分氟代的磺酰基化合物。在高压锂电池循环过程中不会发生氧化分解，且不会影响电池的循环性能，同时其中的全氟代或大部分氟代可以抑制氢氧自由基或氢自由基的链式反应，降低电解液的可燃性，同时电池燃烧时，阻燃剂分解产生的SO2也会阻隔空气，使电池自熄，提高高压锂电池的电化学和热力学稳定性，进而提高高压锂电池的安全性。作为本专利技术的一种改进，其的氟代程度为60～100％。作为本专利技术的一种改进，其含有磺酰基官能团，其结构式如下所示：结构式中的R1选自全氟代或是部分氟代的酯基、苯基、氰基、烯基及卤原子，R2选自含1～10个碳原子的全氟代或是部分氟代的烷基。作为本专利技术的一种改进，其为选自全氟-1-辛烷磺酰氟、全氟丁基磺酰氟、N-乙基全氟正辛磺酰胺、全氟丁基磺酸酯、全氟辛烷磺酰氯、全氟苯基3-(吡啶-2-基二磺酰基)丙酸酯、全氟(4-甲基-3,6-二氧八-7-烯)-磺酰氟、全氟己基磺酰氟、全氟苯基4-甲基-4-(吡啶-2-基二磺酰基)戊酸酯、氟磺酰基二氟乙酸锂、五氟苯磺酰氯、2,2,3,3,4,4-六氟戊烷-1,5-二基双(4-甲基苯磺酸酯)的一种或多种。一种高压锂离子电池电解液，其由添加剂、锂盐、有机溶剂和权利要求1～4中任意一项所述的高压锂离子电池阻燃剂组成，该高压锂离子电池阻燃剂在高压锂离子电池电解液中的添加比例为质量比0.1％～15％。作为本专利技术的一种改进，所述添加剂还包括其他功能添加剂，所述其他功能添加剂选自氟代碳酸乙烯酯(FEC)、1,3-丙二醇环硫酸酯(PCS)、碳酸亚乙烯脂(VC)、亚硫酸乙烯酯(ES)、二甲基亚硫酸酯(DMS)、(三甲代甲硅烷基)亚磷酸盐中的一种或多种。作为本专利技术的一种改进，所述有机溶剂选自碳酸丙烯酯(PC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丁烯酯(BC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸甲丙酯(MPC)、二氧戊烷(DOL)、1,2-二甲氧基乙烷(DME)、四氢呋喃(THF)、2-甲基四氢呋喃(2Me-THF)、γ-丁内酯(BL)、乙酸甲酯(MA)、乙酸乙酯(EA)、二甲基亚砜(DMSO)、环丁砜(SL)中的一种或几种按任意比例混合的混合溶剂。作为本专利技术的一种改进，所述锂盐为四氟硼酸锂、六氟磷酸锂、高氯酸锂、三氟甲基磺酸锂、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂、三(三氟甲基磺酰)甲基锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂或四氟草酸磷酸锂中的一种或多种，所述锂盐在高压锂离子电池电解液中的摩尔浓度范围为0.5～3mol/L。一种锂离子电池，其包括正极、负极、隔膜和权利要求5～8中任意一项所述的高压锂离子电池电解液。作为本专利技术的一种改进，其的充电截止电压为4.7～5V。所述锂离子电池的正极活性物质为高压尖晶石镍锰酸锂。本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的高压锂离子电池阻燃剂为全氟代或大部分氟代的磺酰基化合物，具有抗氧化特性，在高压下较为稳定，不仅不影响锂离子电池的性能，还能抑制氢氧自由基或氢自由基的链式反应，降低电解液的可燃性，同时电池燃烧时，阻燃剂分解产生的SO2也会阻隔空气，使电池自熄，有效提高锂离子电池的电化学和热力学稳定性，进而提高高压锂离子电池的安全性，而且具有添加量小、成本低和合成简单等优点，易于实现，利于广泛推广应用。下面结合实施例，对本专利技术作进一步说明。具体实施方式实施例1：高压锂离子电池电解液的制备：在充满氩气的手套箱(水分＜10ppm，氧分＜1ppm)中，将碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯以1:1:1质量比混合均匀，在混合溶液中加入质量分数为3％的全氟-1-辛烷磺酰氟，再缓慢加入锂盐LiPF6，盐的浓度为1mol/L，搅拌至其完全溶解，得到高压锂离子电池电解液A1。锂离子电池的制备：将LiNi0.5Mn1.5O4(LNMO)作为正极活性材料，炭黑作为导电添加剂，以羧甲基纤维素(CMC)、苯乙烯与丁二烯的共聚物(SBR)为粘结剂，按照质量比为92:5:1:2在水中混合均匀后，涂覆铝箔集流体上，烘干、冷压后裁剪成直径为φ14mm的圆片，置于手套箱中。将石墨作为负极活性材料，炭黑作为导电添加剂，以羧甲基纤维素(CMC)、苯乙烯与丁二烯的共聚物(SBR)为粘结剂，按照质量比为93:2:2:3在水中混合均匀后，涂覆铜箔集流体上，烘干、冷压后裁剪成直径为φ15mm的圆片，置于手套箱中。以聚乙烯(PE)为基膜(12μm)并在基膜双面上涂覆纳米氧化铝涂层(2μm)作为隔膜。正极极片、隔膜、负极极片按顺序放好，注入制备的电解液，再经封装，装配成型号为CR2032的扣式电池。将制备的扣式电池在室温条件下静置24个小时后，采用蓝电电池充放电测试仪(购自武汉市蓝电电子股份有限公司)对电池进行循环测试。实施例2：其与实施例1不同的是高压锂离子电池电解液的制备：在充满氩气的手套箱(水分＜10ppm，氧分＜1ppm)中，将碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯以1:1:1质量比混合均匀，在混合溶液中加入质量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高压锂离子电池阻燃剂，其特征在于，其为全氟代或大部分氟代的磺酰基化合物。/n

【技术特征摘要】
1.一种高压锂离子电池阻燃剂，其特征在于，其为全氟代或大部分氟代的磺酰基化合物。


2.根据权利要求1所述的高压锂离子电池阻燃剂，其特征在于，其的氟代程度为60～100％。


3.根据权利要求1所述的高压锂离子电池阻燃剂，其特征在于，其含有磺酰基官能团，其结构式如下所示：



结构式中的R1选自全氟代或是部分氟代的酯基、苯基、氰基、烯基及卤原子，R2选自含1～10个碳原子的全氟代或是部分氟代的烷基。


4.根据权利要求1所述的高压锂离子电池阻燃剂，其特征在于，其为选自全氟-1-辛烷磺酰氟、全氟丁基磺酰氟、N-乙基全氟正辛磺酰胺、全氟丁基磺酸酯、全氟辛烷磺酰氯、全氟苯基3-(吡啶-2-基二磺酰基)丙酸酯、全氟(4-甲基-3,6-二氧八-7-烯)-磺酰氟、全氟己基磺酰氟、全氟苯基4-甲基-4-(吡啶-2-基二磺酰基)戊酸酯、氟磺酰基二氟乙酸锂、五氟苯磺酰氯、2,2,3,3,4,4-六氟戊烷-1,5-二基双(4-甲基苯磺酸酯)的一种或多种。


5.一种高压锂离子电池电解液，其特征在于，其由添加剂、锂盐、有机溶剂和权利要求1～4中任意一项所述的高压锂离子电池阻燃剂组成，该高压锂离子电池阻燃剂在高压锂离子电池电解液中的添加比例为质量比0.1％～15...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹元杰，黄学杰，武怿达，马晓威，
申请(专利权)人：松山湖材料实验室，
类型：发明
国别省市：广东;44