一种锂离子电池阻燃电解液制造技术

一种锂离子电池阻燃电解液，其原料组成包括电解质锂盐、有机溶剂以及阻燃添加剂，有机溶剂的组成及其体积份比为：高介电常数的有机基础溶剂15‐40、低蒸汽压溶剂5‐45、低黏度溶剂10‐55、室温离子液体2‐35，且室温离子液体的阴离子由四氟硼酸根、六氟磷酸根、三氟甲磺酸根、双三氟磺酰亚胺根、三氟乙酸根中的至少一种离子组成，阳离子为铵阳离子，阻燃添加剂为一氟代甲基碳酸乙烯酯、二氟代甲基碳酸乙烯酯、三氟代甲基碳酸乙烯酯、氟代苯乙醚、氟代乙醚、丙基‑2，2，2三氟乙基碳酸酯中的至少一种，其质量占电解液总质量的1%‐20%。本发明专利技术不仅显著提高了电解液的阻燃性能，而且对电池的充放电性能影响小。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的属于锂离子电池
，具体涉及一种锂离子电池阻燃电解液，适用于提高电解液的阻燃性能。
技术介绍
电解液是锂离子电池中唯一和正极、负极、隔膜都相接触的材料，它对电池的比容量、工作温度范围、循环效率及安全性能等都起着至关重要的作用。现有的锂离子电池电解液溶剂都是由碳酸酯类有机溶剂构成，该类溶剂闪点低，受热或高温时会在空气中发生燃烧，给电池带来很大的安全隐患。开发阻燃电解液能够降低电解液可燃性，从而大幅的降低电池中电解液燃烧的风险。中国专利：申请公布号为CN103326063A，公布日为2013年9月25日的专利技术专利公开了一种锂离子电池阻燃电解液，由锂盐、有机溶剂和亚磷酸酯添加剂组成，该专利技术通过添加亚磷酸酯的方法来提高锂离子电池电解液的阻燃性。但由于亚磷酸酯的阻燃效果不佳，并且对电解液的电化学性能有不利的影响，因此，采用该电解液会影响电池的循环性能。中国专利：申请公布号为CN101702445B，公布日为2010年5月5日的专利技术专利公开了一种锂离子电池阻燃电解液，由环状碳酸酯、链状碳酸酯、阻燃剂、锂盐和负极SEI膜稳定剂组成，主要靠阻燃剂二甲氧基甲基磷酸酯来阻燃。该专利技术并没有改进电解液的有机溶剂，而有机溶剂是电解液燃烧的主要因素，因此其阻燃效果并不理想，同时，二甲氧基甲基磷酸酯添加过多会大大降低电池的循环性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中存在的电解液阻燃性能不佳的问题，提供一种能够有效提高阻燃性能的锂离子电池阻燃电解液。为实现以上目的，本专利技术提供了以下技术方案：一种锂离子电池阻燃电解液，其原料组成包括电解质锂盐、有机溶剂以及阻燃添加剂；所述阻燃添加剂为一氟代甲基碳酸乙烯酯、二氟代甲基碳酸乙烯酯、三氟代甲基碳酸乙烯酯、氟代苯乙醚、氟代乙醚、丙基-2，2，2三氟乙基碳酸酯中的至少一种，且其质量占电解液总质量的1%‐20%。所述阻燃添加剂为1,1,2,2-四氟乙基乙醚，其质量占电解液总质量的10%。所述有机溶剂的组成及其体积份比为：高介电常数的有机基础溶剂15‐40、低蒸汽压溶剂5‐45、低黏度溶剂10‐55、室温离子液体2‐35。所述室温离子液体的阴离子由四氟硼酸根(BF4-）、六氟磷酸根(PF6-)、三氟甲磺酸根(CF3SO3-)、双三氟磺酰亚胺根（TFSI）、三氟乙酸根中的至少一种离子组成，室温离子液体的阳离子为铵阳离子，其结构通式为：其中，R1和R2分别独立的选自一种含1‐8个碳原子的烷基。所述高介电常数的有机基础溶剂为碳酸乙烯酯。所述低蒸汽压溶剂为碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、γ-丁内酯、二甲亚砜、二乙二醇二甲醚、环丁砜、碳酸丁烯酯中的至少一种。所述低黏度溶剂为二氧戊环、1,2-二甲氧基乙烷、N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、亚硫酸二甲酯、碳酸甲丙酯、丙酸乙酯中的至少一种。所述电解液还包括成膜添加剂，该成膜添加剂为亚硫酸亚乙酯、4-甲基亚硫酸亚乙酯、氯代碳酸乙烯酯、二氯代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、亚硫酸乙烯酯、亚硫酸丙烯酯中的至少一种，其质量占电解液总质量的0.02%‐2%。所述电解质锂盐为LiPF6、LiBOB、LiBF4、LiAsF6、LiClO4、LiCF3SO3、LiAlCl4 中的至少一种，其在有机溶剂中的浓度为0.8‐1.5mol/L。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1、本专利技术一种锂离子电池阻燃电解液中阻燃添加剂为一氟代甲基碳酸乙烯酯、二氟代甲基碳酸乙烯酯、三氟代甲基碳酸乙烯酯、氟代苯乙醚、氟代乙醚、丙基-2，2，2三氟乙基碳酸酯中的至少一种，一方面，该类添加剂带有强烈的吸电子基团，能够捕获电解液因高温分解而释放到空气中的含氢有机自由基，从而降低燃烧反应的反应物中含氢自由基的浓度，直至阻绝自由基和氧气发生反应，使燃烧反应终止，从而起到优良的阻燃效果，另一方面，该类添加剂具有良好的电导率和成膜特性，能够降低其加入对电解液电化学性能的影响，从而保证了锂电池的循环性能。因此，本专利技术不仅阻燃效果良好，而且保证了锂电池的循环性能。2、本专利技术一种锂离子电池阻燃电解液中有机溶剂的组成及其体积份比为：高介电常数的有机基础溶剂15‐40、低蒸汽压溶剂5‐45、低黏度溶剂10‐55、室温离子液体2‐35，且室温离子液体的阴离子由四氟硼酸根(BF4-）、六氟磷酸根(PF6-)、三氟甲磺酸根(CF3SO3-)、双三氟磺酰亚胺根（TFSI）、三氟乙酸根中的至少一种离子组成，室温离子液体的阳离子为铵阳离子，低蒸汽压的溶剂体系能够降低电解液的挥发性，从而减小电解液挥发物发生燃烧的可能性，而室温离子液体几乎没有蒸汽压，挥发性极小，且其分解温度高，阻燃性好，两者配合使用能够显著减少电解液的挥发，提高电解液的耐高温稳定性，使电解液的可燃性明显降低。因此，本专利技术进一步提高了阻燃性能。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步的说明。一种锂离子电池阻燃电解液，其原料组成包括电解质锂盐、有机溶剂以及阻燃添加剂；所述阻燃添加剂为一氟代甲基碳酸乙烯酯、二氟代甲基碳酸乙烯酯、三氟代甲基碳酸乙烯酯、氟代苯乙醚、氟代乙醚、丙基-2，2，2三氟乙基碳酸酯中的至少一种，且其质量占电解液总质量的1%‐20%。所述阻燃添加剂为1,1,2,2-四氟乙基乙醚，其质量占电解液总质量的10%。所述有机溶剂的组成及其体积份比为：高介电常数的有机基础溶剂15‐40、低蒸汽压溶剂5‐45、低黏度溶剂10‐55、室温离子液体2‐35。所述室温离子液体的阴离子由四氟硼酸根(BF4-）、六氟磷酸根(PF6-)、三氟甲磺酸根(CF3SO3-)、双三氟磺酰亚胺根（TFSI）、三氟乙酸根中的至少一种离子组成，室温离子液体的阳离子为铵阳离子，其结构通式为：其中，R1和R2分别独立的选自一种含1‐8个碳原子的烷基。所述高介电常数的有机基础溶剂为碳酸乙烯酯。所述低蒸汽压溶剂为碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙烯酯、γ-丁内酯、二甲亚砜、二乙二醇二甲醚、环丁砜、碳酸丁烯酯中的至少一种。所述低黏度溶剂为二氧戊环、1,2-二甲氧基乙烷、N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、亚硫酸二甲酯、碳酸甲丙酯、丙酸乙酯中的至少一种。所述电解液还包括成膜添加剂，该成膜添加剂为亚硫酸亚乙酯、4-甲基亚硫酸亚乙酯、氯代碳酸乙烯酯、二氯代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、亚硫酸乙烯酯、亚硫酸丙烯酯中的至少一种，其质量占电解液总质量的0.02%‐2%。所述电解质锂盐为LiPF6、LiBOB、LiBF4、LiAsF6、LiClO4、LiCF3SO3、LiAlCl4 中的至少一种，其在有机溶剂中的浓度为0.8‐1.5mol/L。本专利技术的原理说明如下：本专利技术通过阻燃添加剂的选择以及对有机溶剂的优化来降低电解液的可燃性，从而达到阻燃的目的。阻燃添加剂：有机电解液的燃烧是通过在高温情况下电解液分解形成的含氢有机自由基和空气中的氧自由基发生反应产生大量的热来实现的，因此，要阻绝燃烧，可以通过阻止含氢自由基与氧自由基的反应来实现。本专利技术中阻燃添加剂采用含有较强电负性的氟元素来取代氢元素，其吸附自由基的能力强，这样不仅提高了阻燃剂的阻燃能力，而且使得电解液的电导率更高，充放电时对电解液电化学性能的影响更小，保证了电池的充放电性能。此外，加入少量本专利技术所述阻燃添加剂即可达到显著地阻燃效果。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池阻燃电解液，其原料组成包括电解质锂盐、有机溶剂以及阻燃添加剂，其特征在于：所述阻燃添加剂为一氟代甲基碳酸乙烯酯、二氟代甲基碳酸乙烯酯、三氟代甲基碳酸乙烯酯、氟代苯乙醚、氟代乙醚、丙基‑2，2，2三氟乙基碳酸酯中的至少一种，且其质量占电解液总质量的1%‐20%。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池阻燃电解液，其原料组成包括电解质锂盐、有机溶剂以及阻燃添加剂，其特征在于：所述阻燃添加剂为一氟代甲基碳酸乙烯酯、二氟代甲基碳酸乙烯酯、三氟代甲基碳酸乙烯酯、氟代苯乙醚、氟代乙醚、丙基-2，2，2三氟乙基碳酸酯中的至少一种，且其质量占电解液总质量的1%‐20%。2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池阻燃电解液，其特征在于：所述阻燃添加剂为1,1,2,2-四氟乙基乙醚，其质量占电解液总质量的10%。3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池阻燃电解液，其特征在于：所述有机溶剂的组成及其体积份比为：高介电常数的有机基础溶剂15‐40、低蒸汽压溶剂5‐45、低黏度溶剂10‐55、室温离子液体2‐35。4.根据权利要求3所述的一种锂离子电池阻燃电解液，其特征在于：所述室温离子液体的阴离子由四氟硼酸根(BF4-）、六氟磷酸根(PF6-)、三氟甲磺酸根(CF3SO3-)、双三氟磺酰亚胺根（TFSI）、三氟乙酸根中的至少一种离子组成，室温离子液体的阳离子为铵阳离子，其结构通式为：其中，R1和R2分别独立的选自一种含1‐8个碳原子的烷基。5.根据权利要求3所述的一种锂离...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈果，刘立炳，惠怀兵，冯修成，孟仙雅，王烨明，孙晓芬，
申请(专利权)人：东风商用车有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42