锂电池用电解液及钛酸锂电池制造技术

本发明专利技术提供了一种锂电池用电解液及钛酸锂电池。上述锂电池用电解液包括锂盐、有机溶剂以及添加剂，该添加剂包括热敏传感有机化合物，以有机溶剂和添加剂的总量计，热敏传感有机化合物的重量百分含量为1～10％。本申请通过向电解液中添加热敏传感有机化合物，该热敏有机化合物溶于有机溶剂，且在温度升高达到一定阈值时，会在电极表面形成一层薄膜，并且其电阻突然增大2～5个数量级，使得电极表面瞬间变成绝缘体，阻止电子的通过，防止电池内部的活性物质结构继续发生不可逆变化，并且防止电解液的继续分解，进而阻止了电池继续产生气体和热量，可有效降低电池胀气、起火或爆炸的风险。

【技术实现步骤摘要】
锂电池用电解液及钛酸锂电池
本专利技术涉及锂电池材料
，具体而言，涉及一种锂电池用电解液及钛酸锂电池。
技术介绍
目前商业化的锂离子电池负极材料大多是嵌锂碳材料，由于嵌锂后碳电极的电位与金属锂的电位很接近，当电池在使用过程中，碳电极表面易析出金属锂，它与电解液反应产生可燃气体混合物，因此嵌锂碳材料在动力型锂离子电池的使用过程中受到了安全问题的制约。同时在Li嵌入或脱出过程中，具有2D层状结构的碳材料发生收缩性变化，体积变化率约10％，严重影响电池的循环稳定性。因此，寻找比碳负极更安全可靠的新型负极材料是必要的。作为低电位过渡金属氧化物及复合氧化物的钛酸锂(Li4Ti5O12)负极材料引起了人们的广泛注意。Li4Ti5O12相对于锂电极的电位为1.55V，理论比容量为175mAh/g，实际比容量150～160mAh/g。在Li嵌入或脱出过程中，3D尖晶石结构体积变化小于1％，因此被称为“零应变材料”，能够避免充放电循环中由于锂离子的来回嵌入而导致材料结构发生破坏，从而提高电池的使用寿命，使得Li4Ti5O12具有比碳负极更优良的循环性能。同时在25℃下，Li4Ti5O12的化学扩散系数为2×10-8cm2/s，比碳负极材料中的扩散系数大一个数量级，使得该负极材料可以快速、多循环充放电。而且Li4Ti5O12的粒径是纳米级，决定了它具有耐宽温度特性。但是，在实际应用中发现，以钛酸锂为负极的电池在高温时容易胀气，当电池在滥用条件下(如挤压、碰撞、高温、过充放、短路等)，容易出现起火、爆炸等情况，使得人们对电动汽车尤其是锂离子电池的安全性问题越来越关注。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种锂电池用电解液及钛酸锂电池，以解决现有技术中的钛酸锂负极高温容易胀气的问题。为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种锂电池用电解液包括锂盐、有机溶剂以及添加剂，该添加剂包括热敏传感有机化合物，以有机溶剂和添加剂的总量计，热敏传感有机化合物的重量百分含量为1～10％。进一步地，上述热敏传感有机化合物选自对甲基苯甲醇草酸二酯、N-烷基取代丙烯酰胺聚合物、N,N-二正戊基间氨基苯酚、N-乙烯甲酰胺与苯乙烯共聚物中的一种或多种。进一步地，上述添加剂还包括含有硅烷基的碳酸酯，优选以有机溶剂和添加剂的总量为基础计，含有硅烷的碳酸酯的重量百分含量为1～10％；优选含有硅烷基的碳酸酯具有以下结构通式：其中，R1～R4各自独立地选自碳原子数为1～4的烷基中的任意一种，优选R1、R2、R3、R4同时为相同的烷基，R5为-OCH3或-OC2H5，R6为碳酸乙烯酯残基、碳酸丙烯酯残基、碳酸二甲酯残基、碳酸二乙酯残基或碳酸甲乙酯残基，n和m各自独立地为1～5的中的任意一个整数。进一步地，上述R6为碳酸乙烯酯残基或碳酸丙烯酯残基。进一步地，以有机溶剂和添加剂的总量计，上述有机溶剂的重量百分含量为80～98％，优选以有机溶剂和添加剂的总量计，热敏传感有机化合物的重量百分含量为1～4％，优选为2.5～3.5％，含有硅烷基的碳酸酯的重量百分含量为1～4％，有机溶剂的重量百分含量为92～98％。进一步地，上述有机溶剂选自碳酸脂类溶剂和磺酸酯类溶剂中的任意一种或多种，碳酸酯类溶剂选自碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯碳酸丙烯脂、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙脂中的一种或多种，磺酸酯类溶剂选自1,3-丙烷磺酸内酯、1,4-丁烷磺酸内酯、丙烯基1,3-丙烷磺酸内酯、甲基磺酸乙酯中的一种或多种。进一步地，上述有机溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯脂、碳酸甲乙脂、碳酸二乙脂和1,3-丙烷磺酸内酯；优选地以有机溶剂和添加剂的总量计，碳酸乙烯酯的重量百分含量为18％～30％、碳酸甲乙脂的重量百分含量为25％～35％、碳酸二乙脂的重量百分含量为20～30％、1,3-丙烷磺酸内酯的重量百分含量为10～15％，碳酸亚乙烯酯的重量百分含量为1％～5％。进一步地，上述锂盐为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂和双三氟甲基磺酰亚胺锂中的任意一种或多种。进一步地，上述锂电池用电解液中锂盐的浓度为0.7～1.5mol/L。根据本专利技术的另一方面，提供了一种钛酸锂电池，包括正极、负极和电解液，该电解液为上述任一种锂电池用电解液。应用本专利技术的技术方案，通过向电解液中添加热敏传感有机化合物，该热敏有机化合物溶于有机溶剂，且在温度升高达到一定阈值时，会在电极表面形成一层薄膜，并且其电阻突然增大2～5个数量级，使得电极表面瞬间变成绝缘体，阻止电子的通过，防止电池内部的活性物质结构继续发生不可逆变化，并且防止电解液的继续分解，进而阻止了电池继续产生气体和热量，可有效降低电池胀气、起火或爆炸的风险。在温度重新降低到阈值以下，该热敏传感有机化合物重新溶解回到有机溶剂中，电池可以重新恢复充、放电功能。有机化合物的量需要控制在一定的范围内，超出此范围，会影响电池常温下的放电效果。低于此范围，则无法在温度超过温度阈值时快速、有效阻断电子通过，进而无法防止电池继续产生气体和热量。综上所述，本申请的电解液通过添加可溶解于有机溶剂的热敏化合物，有效降低了电池胀气、起火或爆炸的风险。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1示出了本专利技术实施例1、实施例2和对比例1在不同温度下内阻的曲线图；图2示出了本专利技术实施例1、实施例2和对比例1的过充测试曲线图；图3示出了本专利技术实施例1、实施例2和对比例1的过充测试温度曲线图；图4示出了本专利技术实施例1、实施例2和对比例1的电池厚度对比图；以及图5示出了本专利技术实施例1、实施例2和对比例1的电池常温循环曲线图。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。如本申请
技术介绍
所描述的，钛酸锂作为负极的锂电池在高温使容易胀气，当电池在滥用条件下(如挤压、碰撞、高温、过充放、短路等)，容易出现起火、爆炸等情况。为了解决上述问题，本申请提供了一种锂电池用电解液及钛酸锂电池。在本申请的一种典型的实施方式中，一种锂电池用电解液，该电解液包括锂盐、有机溶剂以及添加剂，添加剂包括热敏传感有机化合物，以有机溶剂和添加剂的总量计，热敏传感有机化合物的重量百分含量为1％～10％。本申请通过向电解液中添加热敏传感有机化合物，该热敏有机化合物溶于有机溶剂，且在温度升高达到一定阈值时，会在电极表面形成一层薄膜，并且其电阻突然增大2～5个数量级，使得电极表面瞬间变成绝缘体，阻止电子的通过，防止电池内部的活性物质结构继续发生不可逆变化，并且防止电解液的继续分解，进而阻止了电池继续产生气体和热量，可有效降低电池胀气、起火或爆炸的风险。在温度重新降低到阈值以下，该热敏传感有机化合物重新溶解回到有机溶剂中，电池可以重新恢复充、放本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂电池用电解液，包括锂盐、有机溶剂以及添加剂，其特征在于，所述添加剂包括热敏传感有机化合物，以所述有机溶剂和所述添加剂的总量计，所述热敏传感有机化合物的重量百分含量为1～10％。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂电池用电解液，包括锂盐、有机溶剂以及添加剂，其特征在于，所述添加剂包括热敏传感有机化合物，以所述有机溶剂和所述添加剂的总量计，所述热敏传感有机化合物的重量百分含量为1～10％。


2.根据权利要求1所述的锂电池用电解液，其特征在于，所述热敏传感有机化合物选自对甲基苯甲醇草酸二酯、N-烷基取代丙烯酰胺聚合物、N,N-二正戊基间氨基苯酚、N-乙烯甲酰胺与苯乙烯共聚物中的一种或多种。


3.根据权利要求1所述的锂电池用电解液，其特征在于，所述添加剂还包括含有硅烷基的碳酸酯，优选以所述有机溶剂和所述添加剂的总量为基础计，所述含有硅烷的碳酸酯的重量百分含量为1～10％；
优选所述含有硅烷基的碳酸酯具有以下结构通式：



其中，R1～R4各自独立地选自碳原子数为1～4的烷基中的任意一种，优选R1、R2、R3、R4同时为相同的烷基，R5为-OCH3或-OC2H5，R6为碳酸乙烯酯残基、碳酸丙烯酯残基、碳酸二甲酯残基、碳酸二乙酯残基或碳酸甲乙酯残基，n和m各自独立地为1～5的中的任意一个整数。


4.根据权利要求3所述的锂电池用电解液，其特征在于，R6为碳酸乙烯酯残基或碳酸丙烯酯残基。


5.根据权利要求3所述的锂电池用电解液，其特征在于，以所述有机溶剂和所述添加剂的总量计，所述有机溶剂的重量百分含量为80～98％，优选以所述有机溶剂和所述添加剂的总量计，所述热敏传感有机化合物的重量百分含量为1～4％，优选为...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏广州，李巧，马美品，
申请(专利权)人：银隆新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44