一种阻燃型锂离子电池电解液及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种阻燃型锂离子电池电解液及其制备方法，所述电解液包含有机溶剂、锂盐以及添加剂，其特征在于，所述添加剂包含磷酸酯类添加剂以及含硼类功能添加剂，所述磷酸酯类添加剂选自以下的通式(1)所示的化合物，所述含硼类功能添加剂包含不饱和硼酸酯和/或硼氧六环。本发明专利技术通过在阻燃型锂离子电池电解液中包含特定结构的磷酸酯类添加剂以及含硼类功能添加剂，并且精密地设定其含量配比，通过发挥这两种添加剂的协同作用，从而能够同时改善阻燃性和充放电性能。改善阻燃性和充放电性能。改善阻燃性和充放电性能。

【技术实现步骤摘要】
一种阻燃型锂离子电池电解液及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池用电解液领域，具体涉及一种阻燃型锂离子电池电解液及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着新能源技术的不断发展，便携式电子设备及电动汽车的市场日益壮大，全世界对于新能源的需求也日益增加。锂离子电池因其高能量密度、优异循环性能、低自放电率等优点，已经取代传统电池而广泛应用于新能源领域。
[0003]但锂离子电池所使用的电解液包含大量低闪点的有机溶剂，在充电或受热时，电池内部的电解液会发生不可逆的氧化还原分解，产生可燃性气体，导致电池体系内部压力、温度急剧上升而引发安全事故，故需在电解液中加入阻燃添加剂来降低锂离子电池电解液的可燃性，提升锂离子电池的安全性能。
[0004]为了解决上述安全性问题，在日本专利申请JP2000
‑
235867及JP 2002
‑
280061中公开了，通过使用有机磷酸酯化合物例如磷酸三甲酯或磷酸三乙酯作为添加剂或共溶剂以达到阻燃目的。但是在将该有机磷酸酯化合物应用于锂离子电池电解液时，导致电导率降低，并且因在石墨负极表面上被还原分解而阻碍电池的充放电性能。
[0005]专利申请CN110590848公开了一种五元环磷酸酯，其具有阻燃性，同时具有正负极成膜功能，但其单独使用时往往受添加量影响较大，较大地影响了充放电性能。
[0006]通常，为了维持电池的正常充放电功能，需要将其与碳酸酯类可燃性溶剂进行混合，此时，通常会降低有机磷酸酯化合物在混合溶剂中的含量，导致其阻燃特性降低。
[0007]综上所述，为了兼顾电池的阻燃安全性能和充放电性能，急需开发出一种电解液，其能够在不影响充放电性能等电化学性能的情况下，发挥优异的阻燃特性和热稳定性。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种阻燃型锂离子电池电解液及其制备方法，通过在电解液中包含特定结构的磷酸酯类添加剂以及含硼类功能添加剂，并且精密地设定其含量配比，通过发挥这两种添加剂的协同作用，从而能够同时改善阻燃性和充放电性能。
[0009]本专利技术的目的可以利用以下的技术方案实现：
[0010][1]一种阻燃型锂离子电池电解液，其包含有机溶剂、锂盐以及添加剂，其特征在于，所述添加剂包含磷酸酯类添加剂以及含硼类功能添加剂，所述磷酸酯类添加剂选自以下的通式(1)所示的化合物：
[0011][0012]其中，n为1～5中的任一整数，优选为1～3中的任一整数，环中可以具有也可以不具有双键，环上的取代基R1选自氢、氟、异氰酸酯基、氰基、磺酰基、羰基或胺基，
[0013]X选自锂离子、碳原子数为1～8的取代或未取代的直链或支链的烷基、芳基、烯基或炔基，取代基选自氟、异氰酸酯基、氰基、磺酰基、羰基或胺基。
[0014][2]根据[1]所述的阻燃型锂离子电池电解液，其特征在于，以所述电解液的总质量100％计，
[0015]所述有机溶剂的质量为28.5％～89.5％，优选为47.8～82.6％，
[0016]所述锂盐的质量为5.0～30.0％，优选为10.0～25.0％；
[0017]所述磷酸酯类添加剂的质量为5.0～50.0％，优选为5.0～40.4％，更优选为10.0～30.0％，
[0018]所述含硼类功能添加剂的质量为0.5～2.0％。
[0019][3]根据[1]或[2]所述的阻燃型锂离子电池电解液，其特征在于，所述磷酸酯类添加剂包含结构式I～X所示化合物中的至少1种：
[0020][0021][4]根据[1]或[2]所述的阻燃型锂离子电池电解液，其特征在于，
[0022]通式(1)所示的化合物为以下的通式(2)所示的具有四元环的磷酸酯类添加剂：
[0023][0024]其中，通式(2)中的四元环中可以具有也可以不具有双键，R1选自氢、氟、异氰酸酯基、氰基、磺酰基、羰基或胺基，
[0025]X选自锂离子、碳原子数为1～8的取代或未取代的直链或支链的烷基、芳基、烯基或炔基，取代基选自氟、异氰酸酯基、氰基、磺酰基、羰基或胺基。
[0026][5]根据权利要求4所述的阻燃型锂离子电池电解液，其特征在于，
[0027]所述具有四元环的磷酸酯类添加剂为结构式I～IV所示化合物
[0028][0029][6]根据[1]或[2]所述的阻燃型锂离子电池电解液，其特征在于，所述含硼类功能添加剂包含不饱和硼酸酯和/或硼氧六环，
[0030]所述不饱和硼酸酯包含三丁烯基硼酸酯和/或三乙烯基硼酸酯，
[0031]所述硼氧六环包含三乙烯基硼氧六环、三乙基硼氧六环和三苯基硼氧六环中的一种或两种以上，
[0032]所述含硼类功能添加剂优选为三乙烯基硼氧六环或三丁烯基硼酸酯，更优选为三乙烯基硼氧六环。
[0033][7]根据[1]或[2]所述的阻燃型锂离子电池电解液，其特征在于，所述锂盐包含六氟磷酸锂、二氟磷酸锂、二氟双草酸磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、双草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂、三氟甲磺酸锂、氟磺酸锂以及高氯酸锂中的一种或两种以上，优选包含双氟磺酰亚胺锂和/或双三氟甲磺酰亚胺锂。
[0034][8]根据[1]或[2]所述的阻燃型锂离子电池电解液，其特征在于，所述有机溶剂包含碳酸酯类溶剂和/或醚类溶剂，
[0035]所述碳酸酯类溶剂包含环状碳酸酯和/或链状碳酸酯，
[0036]所述环状碳酸酯包含碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸亚乙酯、碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯以及γ
‑
丁内酯中的一种或两种以上；
[0037]所述链状碳酸酯包含碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳原子数为3～8的直
链或支链的脂肪单醇与碳酸合成的碳酸酯中的一种或两种以上；
[0038]所述醚类溶剂包含1,3
‑
二氧六环、二甲氧基甲烷、二甘醇二甲醚、全氟乙醚、碳原子数为4～10的直链或支链的一元醚以及碳原子数为4～10的直链或支链的多元醚中的一种或两种以上，优选包含1,3
‑
二氧六环、全氟乙醚中的一种或两种以上。
[0039][9]一种锂离子电池，其特征在于，包含正极极片、负极极片、电解液以及隔膜，所述电解液为[1]～[8]中任一项所述的阻燃型锂离子电池电解液。
[0040][10]一种阻燃型锂离子电池电解液的制备方法，其特征在于，所述电解液为权利要求1～8中任一项所述的电解液，包含以下步骤：
[0041]在水分含量<1ppm、氧含量<1ppm的手套箱中，向水份含量为20ppm以下的28.5～89.5份的有机溶剂中，加入质量份数为5.0～30.0份的锂盐搅拌溶解，待所述锂盐完全溶解后，加入5.0～50.0份的磷酸酯类阻燃添加剂和0.5～2.0份的含硼类功能添加剂，将其完全混匀，获得阻燃型锂离子电池电解液。
[0042]本专利技术的有益效果如下：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种阻燃型锂离子电池电解液，其包含有机溶剂、锂盐以及添加剂，其特征在于，所述添加剂包含磷酸酯类添加剂以及含硼类功能添加剂，所述磷酸酯类添加剂选自以下的通式(1)所示的化合物：其中，n为1～5中的任一整数，优选为1～3中的任一整数，环中可以具有也可以不具有双键，环上的取代基R1选自氢、氟、异氰酸酯基、氰基、磺酰基、羰基或胺基，X选自锂离子、碳原子数为1～8的取代或未取代的直链或支链的烷基、芳基、烯基或炔基，取代基选自氟、异氰酸酯基、氰基、磺酰基、羰基或胺基。2.根据权利要求1所述的阻燃型锂离子电池电解液，其特征在于，以所述电解液的总质量100％计，所述有机溶剂的质量为28.5％～89.5％，优选为47.8～82.6％，所述锂盐的质量为5.0～30.0％，优选为10.0～25.0％，所述磷酸酯类添加剂的质量为5.0～50.0％，优选为5.0～40.4％，更优选为10.0～30.0％，所述含硼类功能添加剂的质量为0.5～2.0％。3.根据权利要求1或2所述的阻燃型锂离子电池电解液，其特征在于，所述磷酸酯类添加剂包含结构式I～X所示化合物中的至少1种：
4.根据权利要求1或2所述的阻燃型锂离子电池电解液，其特征在于，通式(1)所示的化合物为以下的通式(2)所示的具有四元环的磷酸酯类添加剂：其中，通式(2)中的四元环中可以具有也可以不具有双键，R1选自氢、氟、异氰酸酯基、氰基、磺酰基、羰基或胺基，X选自锂离子、碳原子数为1～8的取代或未取代的直链或支链的烷基、芳基、烯基或炔基，取代基选自氟、异氰酸酯基、氰基、磺酰基、羰基或胺基。5.根据权利要求4所述的阻燃型锂离子电池电解液，其特征在于，所述具有四元环的磷酸酯类添加剂为结构式I～IV所示化合物
6.根据权利要求1或2所述的阻燃型锂离子电池电解液，其特征在于，所述含硼类功能添加剂包含不饱和硼酸酯和/或硼氧六环，所述不饱和硼酸酯包含三丁烯基硼酸酯和/或三乙烯基硼酸酯，所述硼氧六环包含三乙烯基硼氧六环、三乙基硼氧六环和三苯基硼氧六...

【专利技术属性】
技术研发人员：王献明，左晏霖，张春晖，岳敏，
申请(专利权)人：深圳市研一新材料有限责任公司，
类型：发明
国别省市：