一种具备热敏效应的电解液体系、包含所述电解液体系的电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种具备热敏效应的电解液体系，所述电解液体系包括热敏材料包裹的热引发剂和电解液。本发明专利技术还提供了包含所述具备热敏效应的电解液体系的电池及其制备方法。本发明专利技术通过热敏材料包裹引发剂，能使引发剂在温度低于热敏材料的熔融温度时稳定存在，在高于热敏材料的熔融温度时及时被释放引发聚合反应，真正起到精准控制反应发生进行的热敏控制效果。果。

【技术实现步骤摘要】
一种具备热敏效应的电解液体系、包含所述电解液体系的电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于电化学储能器件
，涉及一种具备热敏效应的电解液体系、包含所述电解液体系的电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有低成本、高能量密度、自放电效应弱、长寿命以及对环境友好等优点已经成为当前储能领域最具发展前景的储能设备代表。近年来，尽管市场上诸多电子设备以及交通工具对锂离子电池的需求日益增加，然而锂离子电池的安全性能也逐渐引起人们更多的关注。在充电或放电过程，锂离子电池产生的热量若不及时消散，电池的温度可急剧上升至300℃以上，导致电池热失控最终发生起火甚至爆炸，对人的生命财产安全造成巨大的威胁。因此，新的技术以及合理的电解液设计是解决热失控提高锂离子电池安全性能的关键措施。
[0003]针对锂离子电池存在热失控的安全问题，目前的应对策略包括1)添加阻燃剂或过充剂；2)合成半固态或固态电解液；3)添加热敏聚合物等。尽管这些措施有效的提高了电池安全性能，但同时也给电池带来了明显的劣势：添加阻燃剂或过充剂导致电池性能严重下降，包括降低电解液的化学稳定性以及抑制离子导电率；半固态或固态电解液的机械强度以及离子导电率差。例如，专利号CN 107331891公开了一种具备热固化功效的电解液制备方法，该方法利用电池温度上升到90℃以上时，电解液中加入的聚合物单体发生自由基聚合反应使液态电解液固化从而到达锂反应终止提高电池安全性能的目的，然而该方法存在明显的缺陷：电解液中加入的热引发剂不稳定，在中低温下即开始分解以及引发，体系中的聚合单体不断发生聚合反应，随着时间的延长最终导致电池在中低温下电解液已经转变成凝胶态或固态，损害电池性能的同时起不到高温热敏阻断反应的效果。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术存在的问题，本专利技术公开一种具有热敏固化效果的热敏电解液体系。本专利技术的电解液体系包括电解液和热敏材料包裹的热引发剂，该电解液体系中，热引发剂被热敏材料包裹，从而与电解液相隔绝，避免了电解液与引发剂直接接触所带来的对电解液性能的不利影响。当电池温度高于热敏材料的熔融温度时，包裹热引发剂的热敏材料破裂释放热引发剂，诱导电解液中的聚合单体发生热自由基聚合反应，生成聚合网络结构产物，使电解液从液态转变为凝胶态或固态，降低锂离子的导电率，抑制体系中锂化反应的进行，从而极大提高锂离子电池的安全性能。当电池温度低于热敏材料的熔融温度时，被热敏材料包裹着的热引发剂对电池的电性能几乎不会产生影响。
[0005]本专利技术第一方面提供一种电解液体系，所述电解液体系包括热敏材料包裹的热引发剂和电解液，所述电解液包括锂盐、溶剂、聚合单体和交联剂。
[0006]在一个或多个实施方案中，所述热引发剂选自过氧化二苯甲酰、偶氮异丁氰基甲
酰胺、偶氮二环己基甲氰、偶氮二异丁酸二甲酯、偶氮二异庚氰和偶氮二异丁氰中的一种或多种。
[0007]在优选的实施方案中，所述热引发剂为偶氮异丁氰基甲酰胺或过氧化二苯甲酰。
[0008]在优选的实施方案中，所述热引发剂的质量为电解液质量的0.05％～0.1％。
[0009]在一个或多个实施方案中，所述热敏材料自石蜡、三羟甲基丙烷和聚偏氟乙烯六氟环氧丙烷中的一种或多种。
[0010]在一些实施方案中，所述热敏材料为石蜡。
[0011]在一个或多个实施方案中，所述热敏材料的质量为电解液质量的0.07％～0.12％。
[0012]在一个或多个实施方案中，所述锂盐选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、六氟砷酸锂、三氟甲基磺酸锂、双草酸硼酸锂和二氟草酸硼酸锂中的一种或多种。
[0013]在一个或多个实施方案中，所述电解液中所述锂盐的浓度为1～1.5mol/L。
[0014]在一个或多个实施方案中，所述溶剂选自碳酸酯类溶剂和丙烯酸酯类溶剂中的一种或多种，例如选自碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和碳酸甲乙酯中的一种或多种。
[0015]在优选的实施方案中，所述溶剂由碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸丙烯酯和碳酸乙烯酯组成，所述溶剂中，碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸丙烯酯与碳酸乙烯酯的质量比为50:(5～15):(5～15):(25～35)。
[0016]在优选的实施方案中，所述电解液中所述溶剂的质量分数为70％～90％、优选80％～90％。
[0017]在一个或多个实施方案中，所述聚合单体选自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸羟基乙酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯和五氟丙基丙烯酸酯中的一种或多种。
[0018]在一个或多个实施方案中，所述电解液中所述聚合单体的质量分数为5％～20％。
[0019]在一个或多个实施方案中，所述交联剂选自N,N
‑
4,4
‑
二苯甲烷双马来酰亚胺、双马来酰亚胺寡聚物、聚乙二醇
‑
200和聚乙二醇甲基丙烯酸酯中的一种或多种。
[0020]在一个或多个实施方案中，所述电解液中交联剂的质量分数为0.2％～0.5％。
[0021]本专利技术第二方面提供包含本文任一实施方案所述的电解液体系的电池。
[0022]在一个或多个实施方案中，所述热敏材料包裹的热引发剂设置在所述电池的外壳内壁或底部。
[0023]本专利技术第三方面提供制备如本文第二方面所述的电池的方法，所述方法包括：
[0024](1)将热敏材料包裹的热引发剂设置在电池外壳内壁或底部；
[0025](2)将电解液注入步骤(1)得到的电池外壳，得到所述电池。
[0026]在一个或多个实施方案中，步骤(1)中，先将熔融态的所述热敏材料置于电池外壳内壁或底部，然后将所述热引发剂加到热敏材料中，待热敏材料冷却固化，形成所述热敏材料包裹的热引发剂。
[0027]在一个或多个实施方案中，步骤(2)中，注入电解液后，高温烘焙使电解液浸润。
[0028]在优选的实施方案中，所述高温烘焙的温度为40
‑
45℃，所述高温烘焙的时间为12h以上，更优选为24h以上。
[0029]本专利技术第四方面提供如本文任一实施方案所述的电解液体系在电池中的应用。
附图说明
[0030]图1为实施例1
‑
2和对比例1
‑
4在25℃存储的充放电曲线图。
[0031]图2为实施例1
‑
2和对比例1
‑
4在85℃存储的充放电曲线图。
具体实施方式
[0032]为使本领域技术人员可了解本专利技术的特点及效果，以下谨就说明书及权利要求书中提及的术语及用语进行一般性的说明及定义。除非另有指明，否则文中使用的所有技术及科学上的字词，均为本领域技术人员对于本专利技术所了解的通常意义，当有冲突情形时，应以本说明书的定义为准。
[0033]本文描述和公开本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电解液体系，其特征在于，所述电解液体系包括热敏材料包裹的热引发剂和电解液，所述电解液包括锂盐、溶剂、聚合单体和交联剂。2.如权利要求1所述的电解液体系，其特征在于，所述热引发剂选自过氧化二苯甲酰、偶氮异丁氰基甲酰胺、偶氮二环己基甲氰、偶氮二异丁酸二甲酯、偶氮二异庚氰和偶氮二异丁氰中的一种或多种，优选为偶氮异丁氰基甲酰胺或过氧化二苯甲酰；和/或，所述热引发剂的质量为电解液质量的0.05％～0.1％。3.如权利要求1所述的电解液体系，其特征在于，所述热敏材料选自石蜡、三羟甲基丙烷和聚偏氟乙烯
‑
六氟环氧丙烷中的一种或多种，优选为石蜡，和/或，所述热敏材料的质量为电解液质量的0.07％～0.12％。4.如权利要求1所述的电解液体系，其特征在于，所述锂盐选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、六氟砷酸锂、三氟甲基磺酸锂、双草酸硼酸锂和二氟草酸硼酸锂中的一种或多种；和/或，所述电解液中所述锂盐的浓度为1～1.5mol/L。5.如权利要求1所述的电解液体系，其特征在于，所述溶剂选自碳酸酯类溶剂和丙烯酸酯类溶剂中的一种或多种，例如选自碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和碳酸甲乙酯中的一种或多种；优选地，所述溶剂由碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸丙烯酯和碳酸乙烯酯组成，所述溶剂中，碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸丙烯酯与碳酸乙烯酯的质量比为50:(5～15):(5～15):(25～35)；和/或，所述电解液中所述溶剂的质量分数为70％～90％、优选80％～90％。6.如权利要求1所述的电解液体系，其特征在于，所述聚合单体...

【专利技术属性】
技术研发人员：田胜，张热喝，占莎，蒋治亿，
申请(专利权)人：江苏天合储能有限公司，
类型：发明
国别省市：