一种阻燃锂离子电池电解液及含该电解液的锂离子电池制造技术

本发明专利技术公开了一种阻燃锂离子电池电解液，包括锂盐、有机溶剂、含氟烃基氮代磷酸酯类阻燃剂和成膜添加剂。本发明专利技术还公开了含该电解液的锂离子电池。本发明专利技术使用的含氟烃基氮代磷酸酯类阻燃剂，相比于传统的环状磷腈和高分子聚磷腈，粘度更低、电导率高、添加剂量更少、阻燃效果更好，在用量较小的环境下，就可以实现阻燃和电化学性能的兼顾，由于氰基的引入，当用量在适量范围内进一步提高，还有利于提高电池的循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种阻燃锂离子电池电解液及含该电解液的锂离子电池
本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及一种阻燃锂离子电池电解液及含该电解液的锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池由于工作电压高，比能量密度大，循环寿命长，对环境友好，已经成为电子数码、电动汽车、储能应用、航空航天等领域不可缺少的重要的化学能源之一。电解液是锂离子电池的重要组成部分，被称为锂离子电池的“血液”，通常由锂盐、溶剂和添加剂组成，对锂离子电池的循环性能、倍率性能及安全性能都有重要的影响。由于目前商业化电解液主要以碳酸酯类有机溶剂为主导，虽然可以保障锂离子电池的正常工作时所需要的离子电导率和电化学性能，但通常存在闪电低、易挥发和易燃烧等缺点，尤其电池在机械冲击、热冲击和过充短路等滥用条件下易发生起火燃烧甚至爆炸等安全事故。为了解决锂离子电池应用过程中的安全隐患，目前阻燃剂的使用被认为是最简便和切实有效的方法。目前研究最多的阻燃剂是磷腈类和聚磷腈类阻燃剂等。例如公开号为CN108923066A的专利技术专利报道了一种磷腈化合物和全氟己铜、全氟烷基醚混合使用，在一定程度上取得了阻燃效果。例如公开号CN107293790A的专利技术专利报道了一种聚磷腈类阻燃剂，该阻燃剂与电解液相容性较好，不影响电解液粘度和电导率。然而目前已报道的阻燃剂还未能完全满足使用需求，或者粘度高、电导率较低，与电极兼容性较差，或者用量较高，只能维持循环性能不衰减，而不能够进一步提高电池的循环性能。因此进一步地开发新型的阻燃剂对锂离子电池的安全性应用至关重要。
技术实现思路
>基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种阻燃锂离子电池电解液及含该电解液的锂离子电池。本专利技术提出的一种阻燃锂离子电池电解液，包括锂盐、有机溶剂、含氟烃基氮代磷酸酯类阻燃剂和成膜添加剂。优选地，所述含氟烃基氮代磷酸酯类阻燃剂，其结构通式如式(I)所示：其中，A1、A2、A3、A4各自独立的选自F或C3-7不饱和烃基，且A1、A2、A3、A4中至少有一个F和一个C3-7不饱和烃基；R1选自C2-6亚烃基；优选地，A1、A2、A3、A4各自独立的选自F或C3-4不饱和烃基，且A1、A2、A3、A4中至少有一个F和一个C3-4的不饱和烃基；R1选自C2-3的亚烃基。优选地，所述成膜添加剂为碳酸亚乙烯酯、乙烯基碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、硫酸乙烯酯、三(三甲基硅基)硼酸酯、磷酸三甲酯、甲基膦酸二甲酯、六甲基二硅氮烷、吡啶、呋喃、噻吩、磺酸内酯、腈类、砜类、酸酐中的至少一种；优选地，所述成膜添加剂为碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、硫酸乙烯酯中的至少一种；更优选地，所述成膜添加剂为氟代碳酸乙烯酯。优选地，所述锂盐为六氟磷酸锂、六氟砷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、三氟甲基磺酸锂、双(五氟乙基磺酰亚胺)锂、双(三氟甲基磺酰亚胺)锂、双(氟磺酰亚胺)锂、二氟(双草酸)磷酸锂和四氟(草酸)磷酸锂中的至少一种；优选地，所述锂盐为六氟磷酸锂。优选地，所述有机溶剂为有机碳酸酯、卤代烷基醚、芳香醚、环醚、羧酸酯、砜、腈、二腈中的至少一种；优选地，所述有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、1,4-丁内酯、碳酸甲乙酯、二甲醚、苯硫醚、乙腈、戊二腈、环丁砜、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丁酯、丁酸乙酯中的至少一种；更优选地，所述有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯中的至少一种。优选地，按质量百分比计，所述电解液包括下述成分：锂盐8-15％、含氟烃基氮代磷酸酯类阻燃剂0.5-5％、成膜添加剂0.5-5％，余量为有机溶剂；优选地，按质量百分比计，所述电解液包括下述成分：锂盐9-15％、含氟烃基氮代磷酸酯类阻燃剂0.5-3％、成膜添加剂0.5-5％，余量为有机溶剂。一种锂离子电池，包括含阴极活性材料的正极、含阳极活性材料的负极、隔膜和所述的阻燃锂离子电池电解液。优选地，所述阴极活性材料为过渡金属磷酸盐、过渡金属氧化物锂盐、过渡金属硫化物中的至少一种。优选地，所述阳极活性材料为碳材料、硅材料、硅锡合金、硅碳材料、硅氧材料、铁酸盐材料、氮化物材料中的至少一种。优选地，所述隔膜为织造膜、非织造膜、微孔膜或者碾压膜；优选地，所述隔膜为聚乙烯隔膜或者聚丙烯隔膜。本专利技术的有益效果如下：1、本专利技术中使用的含氟烃基氮代磷酸酯类阻燃剂，粘度低，电导率较高且含有独特的F-N-P-N-结构，使得该阻燃剂在电解液体系中只需加入1％的质量浓度即可起到电解液不燃的效果，大大的降低了阻燃剂的用量，相比于传统的环状磷腈和高分子聚磷腈，粘度更低、电导率高、添加剂量更少和阻燃效果更好，在用量较小的环境下，就可以实现阻燃和电化学性能的兼顾。2、本专利技术中使用的含氟烃基氮代磷酸酯类阻燃剂分子结构中由于同时含有不饱和碳碳键和氰基，能够在电极表面发生聚合反应形成含有多个氰基的化合物，该化合物能够与正极材料表面的金属离子络合，从而抑制电解液在电极表面发生分解，提高电池的循环性能，因此，当用量在适量范围内进一步的提高，还有利于提高电池的循环性能。具体实施方式下面，通过具体实施例对本专利技术的技术方案进行详细说明。实施例1电解液1和实验电池1的制备(1)正极材料的制备将阴极活性材料NCM622、导电剂碳纳米管和粘结剂PVDF按NCM622、碳纳米管、PVDF的质量比为95:3:2混合均匀，加入N-甲基吡咯烷酮制成正极浆料，将正极浆料涂布在厚度为14微米的铝箔上，干燥后辊压，得到正极材料。(2)负极材料的制备将阳极活性材料硅材料、导电剂乙炔黑和粘结剂SBR按硅材料、乙炔黑、SBR的质量比为85:10:5混合均匀，加入去离子水制成负极浆料，然后将负极浆料涂布在厚度为7微米的铜箔上，干燥后辊压，得到负极材料。(3)电解液1的制备电解液1包括下述质量百分比的成分：六氟磷酸锂14％、含氟烃基氮代磷酸酯a0.5％、氟代碳酸乙烯酯1％，有机溶剂84.5％。电解液1的制备方法为：在充满氩气的手套箱(水分＜0.1ppm，氧分＜0.1ppm)中，将碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯按质量比2:6:2混合均匀得到有机溶剂，然后加入六氟磷酸锂，待六氟磷酸锂完全溶解后加入含氟烃基氮代磷酸酯a和氟代碳酸乙烯酯，搅拌均匀后得到电解液1。其中，含氟烃基氮代磷酸酯a的化学式如下：(4)实验电池1的制备在漏点≤-50℃的干燥环境中将正极片、隔膜、负极片按顺序叠放，使隔膜完全将正负极片隔开，负极完全包住正极，通过叠片制作成电芯，并使用带胶极耳封装在固定尺寸的铝塑膜内，形成待注液的软包电池，随后将步骤(3)制备的电解液注入到软包电池中，随后封口、化成、老化、二封分容，得到用于测试的实验电池1。实施例2电解液2和实验电池2的制备与实施例1不同点在于：电解液2包括下述质量百分比的成分：六氟磷酸锂14％、含氟烃基氮代磷酸酯a1％、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阻燃锂离子电池电解液，其特征在于，包括锂盐、有机溶剂、含氟烃基氮代磷酸酯类阻燃剂和成膜添加剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种阻燃锂离子电池电解液，其特征在于，包括锂盐、有机溶剂、含氟烃基氮代磷酸酯类阻燃剂和成膜添加剂。


2.根据权利要求1所述的阻燃锂离子电池电解液，其特征在于，所述含氟烃基氮代磷酸酯类阻燃剂，其结构通式如式(I)所示：



其中，A1、A2、A3、A4各自独立的选自F或C3-7不饱和烃基，且A1、A2、A3、A4中至少有一个F和一个C3-7不饱和烃基；R1选自C2-6亚烃基；
优选地，A1、A2、A3、A4各自独立的选自F或C3-4不饱和烃基，且A1、A2、A3、A4中至少有一个F和一个C3-4的不饱和烃基；R1选自C2-3的亚烃基。


3.根据权利要求1或2所述的阻燃锂离子电池电解液，其特征在于，所述成膜添加剂为碳酸亚乙烯酯、乙烯基碳酸乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、硫酸乙烯酯、三(三甲基硅基)硼酸酯、磷酸三甲酯、甲基膦酸二甲酯、六甲基二硅氮烷、吡啶、呋喃、噻吩、磺酸内酯、腈类、砜类、酸酐中的至少一种；
优选地，所述成膜添加剂为碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、硫酸乙烯酯中的至少一种；
更优选地，所述成膜添加剂为氟代碳酸乙烯酯。


4.根据权利要求1-3任一项所述的阻燃锂离子电池电解液，其特征在于，所述锂盐为六氟磷酸锂、六氟砷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、三氟甲基磺酸锂、双(五氟乙基磺酰亚胺)锂、双(三氟甲基磺酰亚胺)锂、双(氟磺酰亚胺)锂、二氟(双草酸)磷酸锂和四氟(草酸)磷酸锂中的至少一种；
优选地，所述锂盐为六氟磷酸锂。


5.根据权利要求1-4任一项所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈剑，张健，赵坤，梁大宇，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34