一种基于二维结构设计的锂二次电池阻燃电解液及应用制造技术

本发明专利技术属于锂二次电池技术领域，更具体地，涉及一种基于二维结构设计的锂二次电池阻燃电解液及应用。该电解液含有锂盐和亲锂盐的第一相溶剂，阻燃添加剂和疏锂盐亲阻燃添加剂的第二相溶剂，所述第二相溶剂用于引入阻燃添加剂，并用于抑制锂二次电池中的电解液在负极表面的还原分解。本发明专利技术通过亲锂盐疏阻燃剂和疏锂盐亲阻燃剂的二维电解液设计方法，通过第二相溶剂引入阻燃添加剂，同时保持了电解液中锂盐的溶剂化结构，保证了电解液的安全性、快锂离子传输能力和稳定的电极/电解质界面，能够保持锂离子电池在高库伦效率下安全稳定运行。行。行。

【技术实现步骤摘要】
一种基于二维结构设计的锂二次电池阻燃电解液及应用


[0001]本专利技术属于锂二次电池
，更具体地，涉及一种基于二维结构设计的锂二次电池阻燃电解液及应用。

技术介绍

[0002]近几年，关于锂离子电池的安全事故频发，对人们的生命和财产安全造成严重威胁，锂离子电池的安全性成为了亟待解决的问题。
[0003]目前商品化的锂离子电池电解液通常使用的是有机碳酸酯和醚类，这些有机溶剂具有较高的蒸气压和较低的闪点，极易燃烧，一旦滥用(高温、过充等)将产生严重的安全性问题。电解液作为填充整个电池的组成之一，也是电池燃烧的主要原因之一，因此本征安全的阻燃电解液的开发对提高锂离子电池的安全性具有重要意义。
[0004]本征安全电解液的开发一般通过提高电解液本体的阻燃能力或者在本体电解液中引入阻燃添加剂从而达到阻燃效果。基于液态电解质发展高安全型电解液的包括离子液体、氟代溶剂、有机磷酸酯、磷腈阻燃剂和高浓度盐电解液，它们通常被用作电解液添加剂、共溶剂或者直接作为主要溶剂。而作为添加剂时则面临一些问题，例如添加剂与电解液是否互溶，添加剂对本体电解液的溶剂化结构是否产生影响，对电解液的电化学性能是否产生影响等问题。有文献和专利报道常见的有机磷酸酯阻燃剂用于石墨电极时会存在共嵌入问题，而不能直接使用(Journal of The Electrochemical Society,2001,148(10):A1058、Journal of The Electrochemical Society,2002,149(5):A622、公开号CN111668540A、公开号CN109860710A)。
[0005]因此，引入外来相添加剂而不影响溶解性和电化学性能的方法变得尤为重要。目前还没有一款阻燃/不燃型电解液在电化学性能、成本和安全性这三者上完全兼顾。因此解耦高安全型电解质的电化学性能和安全是亟待解决的科学问题。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的缺陷，本专利技术提供了一种基于二维结构设计的锂二次电池阻燃电解液，通过在该电解液中引入疏锂盐亲阻燃添加剂的第二相溶剂，第二相溶剂能够溶解阻燃添加剂但不溶解锂盐，成功将原本不溶于电解液的阻燃添加剂引入电解液中，并且不影响锂盐的溶剂化结构，进而不影响电化学性能，达到阻燃性能和电化学性能良好的解耦合，解决了现有技术不能兼顾电解液本体的阻燃性能、电化学性能等的技术问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于二维结构设计的锂二次电池阻燃电解液，包括：
[0008]锂盐；
[0009]阻燃添加剂；
[0010]亲锂盐疏阻燃添加剂的第一相溶剂；以及
[0011]疏锂盐亲阻燃添加剂的第二相溶剂；
[0012]其中，所述第一相溶剂用于溶解锂盐，且所述第一相溶剂与所述阻燃添加剂互不相溶；所述第二相溶剂与所述第一相溶剂能够互溶，且所述第二相溶剂用于溶解所述阻燃添加剂，使得所述阻燃添加剂能够溶解在该电解液中，与所述电解液成为均一相；同时所述第二相溶剂与所述锂盐不互溶，使得阻燃添加剂的引入不影响所述锂盐的溶剂化结构。
[0013]优选地，所用锂盐为六氟磷酸锂、高氯酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂和六氟砷酸锂中的至少一种。
[0014]优选地，所述第一相溶剂的溶剂施主数(DN值)大于10；所述第二相溶剂的溶剂施主数(DN值)和介电常数均小于10。
[0015]优选地，所述第一相溶剂为酯类或者醚类溶剂。
[0016]优选地，所述第二相溶剂为芳香类化合物、含氟醚类化合物或含氟酯类化合物。
[0017]优选地，所述阻燃添加剂为不溶于商业化电解液的阻燃添加剂，所述商业化电解液为碳酸酯类电解液或醚类电解液。
[0018]优选地，所述阻燃添加剂为全氟己酮、乙基全氟正戊酮、三氟丙基甲基环三硅氧烷、2,4,6
‑
三甲基
‑
2,4,6
‑
三苯基环三硅氧烷、乙氧基五氟环磷腈和R
‑
POSS中的至少一种，且所述R
‑
POSS中的R为碳原子数为8
‑
40的烷基、碳原子数为16
‑
80的烯烃基或碳原子数为8
‑
16的苯基。
[0019]优选地，所述锂盐在电解液中的浓度为0.5mol/L～5mol/L，优选为1mol/L～2mol/L。
[0020]优选地，所述第一相溶剂与锂盐的物质的量之比为(1～20):1，进一步优选为(8～12):1。
[0021]优选地，所述第二相溶剂与所述第一相溶剂的体积之比为(0.01～1):1，进一步优选为(0.02～0.5):1，所述阻燃添加剂与所述第二相溶剂的体积之比为(0.01～2):1，进一步优选为0.8
‑
1.2:1。
[0022]按照本专利技术的另一个方面，提供了一种锂二次电池，其电解液为所述的阻燃电解液。
[0023]按照本专利技术的另一个方面，提供了一种锂二次电池阻燃电解液的二维结构设计方法，包括如下步骤：
[0024]确定锂盐种类；
[0025]确定阻燃添加剂种类；
[0026]确定亲锂盐疏阻燃添加剂的第一相溶剂；以及
[0027]确定疏锂盐亲阻燃添加剂的第二相溶剂种类；
[0028]其中，所述第一相溶剂能够溶解锂盐，且与所述阻燃添加剂互不相溶；所述第二相溶剂与所述第一相溶剂能够互溶，且所述第二相溶剂用于溶解所述阻燃添加剂，使得所述阻燃添加剂能够溶解在该电解液中，与所述电解液成为均一相；同时所述第二相溶剂与所述锂盐不互溶，使得阻燃添加剂的引入不影响所述锂盐的溶剂化结构。
[0029]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0030]本专利技术通过在电解液中引入疏锂盐亲阻燃添加剂的第二相溶剂，利用相似相溶原理或溶解度大小的区别使原本不溶于电解液的阻燃添加剂能够溶解在电解液体系中，第二
相溶剂用于溶解阻燃添加剂，使得阻燃添加剂能够溶解在该电解液中，与电解液成为均一相；同时第二相溶剂与所述锂盐不互溶，使得阻燃添加剂的引入不影响所述锂盐的溶剂化结构，进而不影响电池性能，达到阻燃性能和电化学性能良好的解耦合。本专利技术方法极大扩宽了阻燃添加剂在电解液的应用领域，并且引入外来相的方法简单高效，非常具有推广意义。
[0031]很多用于高分子材料领域的阻燃剂，当其用作添加剂添加到锂二次电池的电解液中时，通常不溶于电解液，使得该阻燃添加剂不能提高电解液本体的阻燃性能；而另一些阻燃剂可能能够溶于电解液中，但是这些阻燃剂却会影响锂盐的溶剂化结构，进而严重影响电池的电化学性能。本专利技术的二维结构设计方法成功将一些不能用于电解液阻燃添加剂应用到电解液中，第二相阻燃剂溶剂的加入可以通过相似相溶原理使得阻燃添加剂存在于第二相溶剂中或者改变其溶剂化结构使得阻燃添加剂的周围被第二相溶剂所溶剂化改善部分阻燃剂在电解液中的分解情本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于二维结构设计的锂二次电池阻燃电解液，其特征在于，包括：锂盐；阻燃添加剂；亲锂盐疏阻燃添加剂的第一相溶剂；以及疏锂盐亲阻燃添加剂的第二相溶剂；其中，所述第一相溶剂用于溶解锂盐，且所述第一相溶剂与所述阻燃添加剂互不相溶；所述第二相溶剂与所述第一相溶剂能够互溶，且所述第二相溶剂用于溶解所述阻燃添加剂，使得所述阻燃添加剂能够溶解在该电解液中，与所述电解液成为均一相；同时所述第二相溶剂与所述锂盐不互溶，使得阻燃添加剂的引入不影响所述锂盐的溶剂化结构。2.如权利要求1所述的阻燃电解液，其特征在于，所述第一相溶剂的溶剂施主数大于10；所述第二相溶剂的溶剂施主数和介电常数均小于10。3.如权利要求1所述的阻燃电解液，其特征在于，所述第一相溶剂为酯类或者醚类溶剂；所述第二相溶剂为芳香类化合物、含氟醚类化合物或含氟酯类化合物。4.如权利要求1所述的阻燃电解液，其特征在于，所述阻燃添加剂为不溶于商业化电解液的阻燃添加剂，所述商业化电解液为碳酸酯类电解液或醚类电解液。5.如权利要求1所述的阻燃电解液，其特征在于，所述阻燃添加剂为全氟己酮、乙基全氟正戊酮、三氟丙基甲基环三硅氧烷、2,4,6
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三甲基
‑
2,4,6
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三苯基环三硅氧烷、乙氧基五氟环磷腈和R
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POSS中的至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢佳，曾子琪，雷盛，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：