二次电池电解液及其制备方法、二次电池和电子设备技术

本申请实施例提供的二次电池电解液，包括电解质盐、有机溶剂和阻燃剂，其中，所述阻燃剂包括五氟环三磷腈、四氟环三磷腈和三氟环三磷腈。该电解液同时添加了五氟环三磷腈、四氟环三磷腈和三氟环三磷腈作阻燃剂，赋予电解液优良的阻燃能力，使电池兼具高安全性能和良好电化学性能。本申请实施例还提供了带有上述二次电池电解液的二次电池以及电子设备。电池电解液的二次电池以及电子设备。电池电解液的二次电池以及电子设备。

【技术实现步骤摘要】
二次电池电解液及其制备方法、二次电池和电子设备


[0001]本申请涉及电池电解液
，特别是涉及二次电池电解液及其制备方法、二次电池和电子设备。

技术介绍

[0002]二次电池在消费类电子产品(如手机、平板电脑)及电动汽车等领域的广泛应用，使得人们对二次电池的能量密度和安全性能提出了更高要求。目前，二次电池的电解质主要为非水有机电解液(常规为碳酸酯类或羧酸酯类电解液)，当电池在过充、内部短路等条件下过热时，因其电解液存在易挥发、易燃烧等隐患，极易引起电池发生燃烧和爆炸事故。
[0003]提升二次电池电解液安全性的主流策略是向常规电解液中添加阻燃添加剂，目前报道的阻燃添加剂虽然有很多种，如磷酸酯类化合物、卤代化合物等，但是它们大多数与正负极材料的兼容性较差。而即使采用与正负极材料兼容性良好的磷腈阻燃剂，为了保证高能量密度电池的安全性，仍然需要在相当高的添加量下才能实现良好的阻燃效果，但这会损害电池的倍率性能、低温循环性能等电化学性能。

技术实现思路

[0004]鉴于此，本申请实施例提供一种二次电池电解液，通过向电解液中同时添加五氟环三磷腈、四氟环三磷腈和三氟环三磷腈三种阻燃剂，可使电池兼具高安全性能和良好电化学性能。
[0005]具体地，本申请实施例第一方面提供一种二次电池电解液，包括锂盐、有机溶剂和阻燃剂，所述阻燃剂包括五氟环三磷腈、四氟环三磷腈和三氟环三磷腈。
[0006]本申请实施例第一方面提供的二次电池电解液，通过向电解液中同时添加五氟环三磷腈、四氟环三磷腈和三氟环三磷腈三种阻燃剂，在三种阻燃剂的协同作用下，可赋予电解液在电解液挥发区间以及易燃气体生成区间均具有阻燃能力，且它们的少量添加就使电解液具有优异的阻燃效果，且避免了大量添加磷腈阻燃剂带来的电池电化学性能变差的问题，可使电池兼具较高的安全性能和良好的电化学性能。
[0007]本申请实施方式中，所述五氟环三磷腈的化学结构式如式(I)所示，所述四氟环三磷腈的化学结构式如式(Ⅱ)所示，所述三氟环三磷腈的化学结构式如式(Ⅲ)所示：
[0008][0009]其中，R1、R2、R3、R4、R5、R6独立地选自烷氧基、卤代烷氧基、芳氧基、卤代芳氧基、烷基、卤代烷基、烯基、卤代烯基、烯氧基、卤代烯氧基、芳基、卤代芳基、环氧基、卤代环氧基、磷酸酯基、取代磷酸酯基、碳酸酯基、取代碳酸酯基、磺酸酯基、取代磺酸酯基、烷基酮基、卤
代烷基酮基、烷氧基硅氧基、卤代烷氧基硅氧基、取代酰亚胺基、取代磺酰亚胺基、腈基中的任意一种。
[0010]本申请实施方式中，所述卤代烷氧基、卤代芳氧基、卤代烷基、卤代烯基、卤代烯氧基、卤代芳基、卤代环氧基、卤代烷基酮基中的卤素均为氟；所述磷酸酯基为磷酸烷基酯基，所述取代磷酸酯基为磷酸氟代烷基酯基；所述碳酸酯基为碳酸烷基酯基，取代碳酸酯基为碳酸氟代烷基酯基；所述磺酸酯基为磺酸烷基酯基，取代磺酸酯基为磺酸氟代烷基酯基；所述烷氧基硅氧基为三烷氧基硅氧基，所述卤代烷氧基硅氧基为氟代三烷氧基硅氧基。
[0011]本申请实施方式中，所述烷氧基、卤代烷氧基、烷基、卤代烷基的碳原子数为1
‑
10；所述烯基、卤代烯基、烯氧基、卤代烯氧基、环氧基、卤代环氧基的碳原子数为2
‑
10，所述芳基、卤代芳基、芳氧基、卤代芳氧基的碳原子数为6
‑
15；所述磷酸酯基、取代磷酸酯基、碳酸酯基、取代碳酸酯基、磺酸酯基、取代磺酸酯基的碳原子数为1
‑
10。较少的碳原子数，有利于控制各阻燃剂的分子量，进而较好控制电解液的粘度及确保阻燃剂在电解液中的溶解度。
[0012]本申请实施方式中，所述五氟环三磷腈、四氟环三磷腈和三氟环三磷腈在所述电解液中的总质量百分含量为0.1％
‑
20％。这些阻燃剂的总加入量较低，在不明显影响电解液的离子电导性和粘度的情况下，还能有效提高电解液的阻燃性能。
[0013]在一些实施方式中，所述五氟环三磷腈在所述二次电池电解液中的质量百分含量为1％
‑
10％，所述四氟环三磷腈在所述二次电池电解液中的质量百分含量为1％
‑
5％，所述三氟环三磷腈在所述二次电池电解液中的质量百分含量为1％
‑
5％。此时电解液更好地兼顾良好阻燃性能及电化学性能。
[0014]本申请一些实施方式中，所述五氟环三磷腈、所述四氟环三磷腈、所述三氟环三磷腈在所述二次电池电解液中的质量百分含量分别独立地在1％
‑
5％的范围内。此时，上述电解液的阻燃性能较优，且使用该电解液的电池高电压循环性能、高温存储性能以及倍率性能都较良好，进而安全性能和电化学性能得到更好的兼顾。
[0015]本申请实施方式中，所述阻燃剂的平均氟取代度DS满足以下关系式：
[0016]DS＝5
×
ω1+4
×
ω2+3
×
ω3，其中，ω1、ω2、ω3分别代表五氟环三磷腈、四氟环三磷腈和三氟环三磷腈在所述阻燃剂中的摩尔百分数；其中，所述DS的取值范围是：3<DS<5。此时，电解液中同时含有适量比例的五氟环三磷腈、四氟环三磷腈和三氟环三磷腈。
[0017]本申请一些实施方式中，所述ω3小于或者等于50％。此时，三氟环三磷腈在阻燃剂中的摩尔占比不会过高而明显增大电解液的粘度，且能保证上述阻燃剂在电解液溶剂挥发阶段就可及时起到良好的阻燃效果。
[0018]本申请实施方式中，所述有机溶剂包括线性酯和环状酯。
[0019]本申请一些实施方式中，所述线性酯包括线性碳酸酯和/或线性羧酸酯，所述环状酯包括环状碳酸酯和/或环状羧酸酯。
[0020]本申请实施方式中，所述环状碳酸酯包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸亚丁酯、γ
‑
丁内酯中的一种或多种；所述线性碳酸酯包括但不限于是碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯中的一种或多种；所述线性羧酸酯包括乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丙酸丁酯中的一种或多种；所述环状羧酸酯包括α
‑
乙内酯、β
‑
丙内酯、γ
‑
丁内酯、δ
‑
戊内酯、己内酯中的一种或多种。
[0021]本申请一些实施方式中，所述五氟环三腈与四氟环三磷腈之间的质量比与所述线
性酯与所述环状酯之间的质量比接近。这样可便于阻燃剂能最大程度地提高电解液的阻燃能力。
[0022]本申请实施方式中，所述电解液还包括其它添加剂，所述其它添加剂包括氟代碳酸乙烯酯、二氟代碳酸乙烯酯、三氟甲基碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、1,3
‑
丙磺酸内酯、1,4
‑
丁磺酸内酯、亚硫酸乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、亚硫酸丁烯酯、4
‑
甲基亚硫酸乙烯酯、亚硫酸二甲酯、亚硫酸二乙酯、硫酸乙烯酯、4
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二次电池电解液，其特征在于，包括电解质盐、有机溶剂和阻燃剂，其中，所述阻燃剂包括五氟环三磷腈、四氟环三磷腈和三氟环三磷腈。2.如权利要求1所述的二次电池电解液，其特征在于，所述五氟环三磷腈、四氟环三磷腈和三氟环三磷腈在所述电解液中的总质量百分含量为0.1％
‑
20％。3.如权利要求2所述的二次电池电解液，其特征在于，所述五氟环三磷腈、四氟环三磷腈和三氟环三磷腈在所述电解液中的总质量百分含量为5％
‑
20％。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的二次电池电解液，其特征在于，所述五氟环三磷腈在所述二次电池电解液中的质量百分含量为1％
‑
10％，所述四氟环三磷腈在所述二次电池电解液中的质量百分含量为1％
‑
5％，所述三氟环三磷腈在所述二次电池电解液中的质量百分含量为1％
‑
5％。5.如权利要求1
‑
4任一项所述的二次电池电解液，其特征在于，所述阻燃剂的平均氟取代度DS满足以下关系式：DS＝5
×
ω1+4
×
ω2+3
×
ω3，其中，ω1、ω2、ω3分别代表五氟环三磷腈、四氟环三磷腈和三氟环三磷腈在所述阻燃剂中的摩尔百分数；其中，所述DS的取值范围是：3<DS<5。6.如权利要求5所述的二次电池电解液，其特征在于，所述ω3小于或者等于50％。7.如权利要求1
‑
6任一项所述的二次电池电解液，其特征在于，所述五氟环三磷腈的化学结构式如式(I)所示，所述四氟环三磷腈的化学结构式如式(Ⅱ)所示，所述三氟环三磷腈的化学结构式如式(Ⅲ)所示：其中，R1、R2、R3、R4、R5、R6独立地选自烷氧基、卤代烷氧基、芳氧基、卤代芳氧基、烷基、卤代烷基、烯基、卤代烯基、烯氧基、卤代烯氧基、芳基、卤代芳基、环氧基、卤代环氧基、磷酸酯基、取代磷酸酯基、碳酸酯基、取代碳酸酯基、磺酸酯基、取代磺酸酯基、烷基酮基、卤代烷基酮基、烷氧基硅氧基、卤代烷氧基硅氧基、取代酰亚胺基、取代磺酰亚胺基、腈基中的任意一种。8.如权利要求7所述的二次电池电解液，其特征在于，所述卤代烷氧基、卤代芳氧基、卤代烷基、卤代烯基、卤代烯氧基、卤代芳基、卤代环氧基、卤代烷基酮基中的卤素均为氟；所述磷酸酯基为磷酸烷基酯基，所述取代磷酸酯基为磷酸氟代烷基酯基；所述碳酸酯基为碳酸烷基酯基，取代碳酸酯基为碳酸氟代烷基酯基；所述磺酸酯基为磺酸烷基酯基，取代磺酸酯基为磺酸氟代烷基酯基；所述烷氧基硅氧基为三烷氧基硅氧基，所述卤代烷氧基硅氧基为氟代三烷氧基硅氧基。9.如权利要求7或8所述的二次电池电解液，其特征在于，所述烷氧基、卤代烷氧基、烷基、卤代烷基的碳原子数为1
‑
10；所述烯基、卤代烯基、烯氧基、卤代烯氧基、环氧基、卤代环
氧基的碳原子数为2
‑
10，所述芳基、卤代芳基、芳氧基、卤代芳氧基的碳原子数为6
‑
15；所述磷酸酯基、取代磷酸酯基、碳酸酯基、取代碳酸酯基、磺酸酯基、取代磺酸酯基的碳原子数为1
‑
10。10.如权利要求1
‑
9任一项所述的二次电...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐东，奚红雪，李枝贤，谢封超，徐凡，
申请(专利权)人：华为终端有限公司，
类型：发明
国别省市：