一种抗燃型锂离子电池电解液制造技术

本发明专利技术提供了一种安全的锂离子电池电解液，包括电解质盐、有机溶剂和链状季铵盐类离子液体。本发明专利技术选择特定种类的有机溶剂和离子液体，通过不同比例的混合，可以降低该电解液的挥发性，所装电池过充时不冒烟、不起火，有效提高电解液的抗燃性与使用的安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种抗燃型锂离子电池电解液
本专利技术涉及锂离子电池电解液领域，涉及到一种新型离子液体的使用。
技术介绍
锂离子电池电解液是电池的重要组成部分，在电池中承担着正负极之间传递电荷的作用。它对电池的比容量、工作温度范围、循环效率以及安全性能等起着至关重要的作用。由于传统有机电解液中使用的多为易挥发、易燃的碳酸酯类有机溶剂，影响了电池的安全性。离子液体是指全部由离子组成，在室温下呈现液态的物质，又称室温离子液体或室温熔盐。它具有以下物理化学性质:蒸汽压低、不易挥发、不易燃、高热稳定性、高电导率、电化学窗口宽，为解决锂离子电池的安全性问题提供了可能。目前，传统有机电解液的应用很广，但是电解液易燃、易分解等不稳定因素限制了它的进一步发展。科学家们针对这一缺陷进行了大量的改进研究。其中，涉及离子液体应用的相关工作主要有:意大利的c.Arbizzani等研究了离子液体N-甲基-N-丁基吡咯双三氟甲基磺酰亚胺盐(PY14-TFSI)在锂离子电池中的应用。通过研究发现，当PY14-TFSI与有机溶剂质量比为1:1混合时，这种混合的电解液的燃烧程度降到了最低。德国A.Balducci等研究了 0.3M LiTFSI与N-甲基-N- 丁基吡咯双三氟甲基磺酰亚胺盐(PYR14TFSI)与碳酸丙烯酯(PC)做混合电解液时的物化性能以及电化学性能，并通过它的热重(TG)曲线发现:PYR14TFSI的加入使得PC的分解温度从150°C左右升高到了将近400°C。而当离子液体含量为80%时，混和电解液表现了明显的不燃性。于此类似，韩国的J.Mun等对比石墨负极材料分别在N-甲基-N-丙基吡咯双三氟甲基磺酰亚胺盐(PYR13TFSI)离子液体以及碳酸乙烯酯与碳酸二乙酯有机溶剂中的热重分析曲线。结果显示:在有机溶剂中，放热峰出现的温度在150?230°C之间，而离子液体的放热峰在大于250°C时才出现，并且在150?350°C之间放出的总热量明显小于有机溶剂当中的总热量。此外，加拿大的A.Guerfi与波兰的A.Lewandowski分别对咪唑与哌唳类离子液体与有机溶剂混合电解液做了对比研究，发现当离子液体占整个电解液的质量比例大于40%时，电解液不会燃烧，符合电解液的安全指标，能够提高电解液的安全性能。我国此类研究，进展稍晚。哈尔滨工业大学的尹鸽平等在有机电解液中添加了 50%的1-甲基-1-丙基哌啶双三氟甲基磺酰亚胺盐(PP13TFSI)和2%的双草酸硼酸锂(LiBOB)后，玻璃纤维条几乎不燃烧。结果说明，PP13TFSI和LiBOB的使用能提高混合电解液的安全性。中国科技大学的相宏发等将甲基膦酸二甲酯(DMMP)作为阻燃添加剂加入到传统LiPF6有机电解液中，研究结果表明，与IM LiPF6 / EC+DEC电解液相比，添加了 DMMP以后的电解液在电极表面的氧化还原反应稳定性有了很大提闻，从而改善了锂离子电池的安全性。这些研究工作充分说明:离子液体的使用能够提高锂离子电池电解液的使用温度范围，并能有效提高电解液的安全性能。本专利技术所采用的离子液体为1-二甲基-1-乙基-1-丁基季铵盐双三氟甲基磺酰亚胺盐(N1124-TFSI)。除具有低粘度、高电导的优点外，N1124-TFSI最显著的特征是电化学窗口宽，热稳定性好，利于提高其在电池中的使用和性能。
技术实现思路
本专利技术为提高离子电池的安全性提供了一种抗燃型锂离子电池电解液，包括电解质盐、有机溶剂和季铵盐类离子液体，所述有机溶剂包括碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)。进一步地，尚子液体的重量含量为有机溶剂的20%?80%。进一步地，有机溶剂由碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯组成。进一步地，所述离子液体包括如下物质中的一种或多种:1-甲基-3-己基咪唑类氟甲基磺酰亚胺盐(EM1-FSI)U-甲基-3-己基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐(EM1-TFSI)、1-甲基-1-丙基吡咯烷氟甲基磺酰亚胺盐(PY13-FSI)U-丁基-2，3-二甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐(BMM1-TFSI)U-甲基-1-丙基哌啶双三氟甲基磺酰亚胺盐(PP13-TFSI)、1-甲基-1-丙基哌啶氟甲基磺酰亚胺盐(PP13-FSI)、1-甲基-1-丁基哌啶双三氟甲基磺酰亚胺盐(PP14-TFSI)U-甲基-1-丁基哌啶氟甲基磺酰亚胺盐(PP14-FSI)U-三甲基-1-丁基季铵盐双三氟甲基磺酰亚胺盐(N1144-TFSI)，1- 二甲基-1-乙基-1- 丁基季铵盐双三氟甲基磺酰亚胺盐(N1124-TFSI)，1-三甲基-1-己基季铵盐双三氟甲基磺酰亚胺盐(N1116-TFSI)。进一步地，所述季铵盐类离子液体为1- 二甲基-1-乙基-1- 丁基季铵盐双三氟甲基磺酰亚胺盐。进一步地，所述电解质盐为LiPF6,浓度为0.4?1.0mol / kg。本专利技术还提供一种锂离子电池，含有上述的电解液。【附图说明】通过参照附图更详细地描述本专利技术的示例性实施例，本专利技术的以上和其它方面及优点将变得更加易于清楚，在附图中:图1为锰酸锂正极材料在实施例1中D瓶电解液中的50次循环放电容量图；图2是商业电解液和实施例1中D瓶电解液的差示扫描量热曲线。【具体实施方式】在下文中，现在将参照附图更充分地描述本专利技术，在附图中示出了各种实施例。然而，本专利技术可以以许多不同的形式来实施，且不应该解释为局限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底和完全的，并将本专利技术的范围充分地传达给本领域技术人员。图1为锰酸锂正极材料在实施例1中D瓶电解液中的50次循环放电容量图；与商业电解液相比，使用D瓶电解液(LiPF6 / N1124TFSI+EC-DEC)的锰酸锂测试电池的初段放电容量略低，这与N1124TFSI加入后电解液的粘度增大，从而降低了与固态电极的浸润性能有关。而后，二者容量逐渐接近。图2是商业电解液和实施例1中D瓶电解液的差示扫描量热曲线。在图2显示的曲线对比中，能够看到:商业电解液体系中，EC-DEC有机溶剂的分解放热峰出现在230°C -300°C。而实施例1中D瓶电解液体系中，由于离子液体N1124TFSI成分的增加，EC-DEC的分解温度延后到314°C，而离子液体成份的分解吸热出现在368°C左右。整体电解液的抗燃及热稳定性得到了大幅度的提高。实施例1:在手套箱内配制电解液，EC:DEC=3:7(wt% )共500克，各取100克分装于聚四氟乙烯瓶中，分别记为A、B、C、D、E。其中A 瓶:加入 40% (wt% ) N1124-TFSI 和 16.73 克 LiPF6，使得锂盐浓度为 0.6mol /kg οB 瓶:加入 50% (wt% ) N1124-TFSI 和 20.07 克 LiPF6,使得锂盐浓度为 0.6mol /kg οC 瓶:加入 60% (wt% ) N1124-TFSI 和 25.09 克 LiPF6,使得锂盐浓度为 0.6mol /kg οD 瓶:加入 70% (wt% ) N1124-TFSI 和 33.45 克 LiPF6,使得锂盐浓度为 0.6moI /kg οE 瓶:加入 80% (wt% ) N1124-TFSI本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗燃型锂离子电池电解液，包括电解质盐、有机溶剂和季铵盐类离子液体，其特征在于：所述有机溶剂包括碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)。

【技术特征摘要】
1.一种抗燃型锂离子电池电解液，包括电解质盐、有机溶剂和季铵盐类离子液体，其特征在于: 所述有机溶剂包括碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)。2.根据权利要求1中所述离子液体，其特征在于:离子液体的重量含量为有机溶剂的20%?80%。3.根据权利要求1或2中所述有机溶剂，其特征在于:有机溶剂由碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯组成。4.根据权利要求1中所述的锂离子电池电解液，其特征在于:所述离子液体包括如下物质中的一种或多种:1-甲基-3-己基咪唑类氟甲基磺酰亚胺盐(EM1-FSI)U-甲基-3-己基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐(EM1-TFSI)、1-甲基-1-丙基吡咯烷氟甲基磺酰亚胺盐(PY13-FSI)U-丁基-2，3-二甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐(BMM1-TFSI)U-甲基-1-丙基哌啶双三氟甲基...

【专利技术属性】
技术研发人员：高昆，李姝，
申请(专利权)人：山西师范大学，
类型：发明
国别省市：