一种阻燃型高电压电解液和二次电池制造技术

本发明专利技术属于二次电池技术领域，尤其涉及一种阻燃型高电压电解液和二次电池。本发明专利技术的阻燃型高电压电解液包括式I结构式的第一添加剂和式II结构式的第二添加剂；其中，式I结构式的第一添加剂中R1和R2各自独立地选自碳原子数为1～6的烷基、氟取代的碳原子数为1～6的烷基、腈基取代的碳原子数为2～6的烷基；式II结构式的第二添加剂中R3

【技术实现步骤摘要】
一种阻燃型高电压电解液和二次电池


[0001]本专利技术属于二次电池
，尤其涉及一种阻燃型高电压电解液和二次电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池具备高能量密度、高循环寿命和环境友好等优点，从而广泛应用在电子数码、电动汽车和智能穿戴等领域。如今，人们对高电压锂电池提出更高的需求。但是，在高电压下，电解液在正极表面持续氧化分解，破坏CEI界面膜，恶化电池的循环性能；另一方面，随着正极材料的分解，导致电池内部温度急速飙升，电解液主要是可燃的有机物，易于起火爆炸。因此，迫切需要开发一款有效改善高电压循环寿命并兼顾高阻燃性能的锂离子电池电解液。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种阻燃型高电压电解液，能够承受4.48V电压，而且具有良好的循环寿命和阻燃性能。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0005]一种阻燃型高电压电解液，包括式I结构式的第一添加剂和式II结构式的第二添加剂；其中，式I结构式如下：
[0006][0007]其中，R1和R2各自独立地选自碳原子数为1～6的烷基、氟取代的碳原子数为1～6的烷基、腈基取代的碳原子数为2～6的烷基；
[0008]式II结构式如下：
[0009][0010]其中，R3
‑
R8各自独立地选自取代或未取代碳原子数为1～6的烷基或支链乙烯、取代或未取代的支链腈基、取代或未取代的烷氧苯基，其中取代时，取代基为卤素原子。
[0011]优选地，所述式I结构式的第一添加剂占电解液总质量为0.1～5wt％，所述式II结构式的第二添加剂占电解液总质量的0.1～20.0wt％。
[0012]优选地，所述式I结构式的第一添加剂占电解液总质量为1～3wt％，所述式II结构式的第二添加剂占电解液总质量的2～10wt％。
[0013]优选地，所述式I结构式的第一添加剂包括以下的化合物中的至少一种：
[0014]优选地，所述式II结构式的第二添加剂包括以下的化合物中的至少一种：
[0015]优选地，所述电解液还包括占电解液总质量0.1～10wt％的锂盐，所述锂盐包括六氟磷酸锂、二氟磷酸锂、二氟草酸硼酸锂、四氟硼酸锂、二氟双草酸磷酸锂、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂、双(氟磺酰)亚胺锂的一种或几种混合物。
[0016]优选地，所述电解液还包括占电解液总质量的50～90wt％的非水性有机溶剂，所
述非水性有机溶剂包括碳酸乙烯酯、丙烯碳酸酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、乙酸乙酯、γ
‑
丁内酯中的至少一种。
[0017]优选地，所述电解液还包括占电解液总质量为0.1～20wt％的第三添加剂，所述第三添加剂包括碳酸亚乙酯、氟代碳酸乙烯酯、1,3
‑
丙烷磺酸内酯、硫酸乙烯酯、马来酸酐、丁二酸酐、丁二腈、己二腈、乙二醇双(丙腈)醚和己烷三腈的一种或多种。
[0018]本专利技术的目的之二在于：针对现有技术的不足，而提供一种二次电池，能够耐受高电压，而且具有良好的循环寿命和阻燃性能。
[0019]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0020]一种二次电池，包括上述的阻燃型高电压电解液。
[0021]本专利技术的目的之三在于：针对现有技术的不足，而提供一种用电装置，具有良好的质量和使用寿命。
[0022]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0023]一种用电装置，包括上述的二次电池。
[0024]有益效果：本专利技术的一种阻燃型高电压电解液，通过添加剂联用，具有优异的高电压循环稳定性和良好的阻燃性能。
具体实施方式
[0025]1、一种阻燃型高电压电解液，包括式I结构式的第一添加剂和式II结构的第二添加剂；其中，式I结构式如下：
[0026][0027]其中，R1和R2各自独立地选自碳原子数为1～6的烷基、氟取代的碳原子数为1～6的烷基、腈基取代的碳原子数为2～6的烷基；
[0028]式II结构式如下：
[0029][0030]其中，R3
‑
R8各自独立地选自取代或未取代碳原子数为1～6的烷基或支链乙烯、取代或未取代的支链腈基、取代或未取代的烷氧苯基，其中取代时，取代基为卤素原子。
[0031]本专利技术电解液包括式I结构式的第一添加剂，其中，式I结构式的第一添加剂具有磺酸基团，磺酸基团可以在正极表面形成CEI膜，抑制活性物质与电解液的直接接触，降低氧化反应活性，减少电解液的消耗，提高高电压电池性能。相比于单个的磺酸基团，本专利技术
的式I结构式的第一添加剂化合物具有两个磺酸基团，提高了磺酸基团的利用率，而且两个磺酸基团也可看做是磺酸酯基团，磺酸酯基团可以有效抑制产气和提高高温循环性能。
[0032]本专利技术电解液包括式II结构式的第二添加剂，其中，式II结构式的第二添加剂具有环三磷腈结构，一方面在高温下该化合物可以分解成P系自由基，可以与燃烧过程中产生的氧基和氢氧基自由基相结合，阻断燃烧；另一方面，化合物分解产生N2或NH3等不易燃烧的气体，降低氧气浓度，抑制燃烧。
[0033]本专利技术的电解液使用具有式I结构式的第一添加剂与具有式II结构式的第二添加剂搭配使用，使用本专利技术的电解液能够在正极材料表面形成致密的界面膜，提高在高电压下的使用稳定性以及循环稳定性。
[0034]更优选地，本专利技术所述的式Ⅰ结构式的化合物添加剂可以在锂离子电池正极材料氧化形成稳定致密的界面膜，磺酸基中心的S原子电负性强，抑制电解液在高电压下氧化分解生成HF，稳定电解液，保护正极CEI膜，防止过渡金属溶出和保护晶格结构稳定；基团含有的F元素，可以参与界面膜的形成，持续修复CEI膜，提高循环性能。本专利技术所述式Ⅱ结构式的化合物含有环三磷腈官能团，具有气相和自由基捕获阻燃作用，在高温下分解生成NH3、N2和氮氧化物等不可燃气体，阻隔空气；而阻燃剂含有的P在燃烧中产生磷酸酯自由基，可以有效捕捉氧基自由基，从而阻止燃烧发生。更重要的是，电池具有更优异的高温循环稳定性。
[0035]此外，式Ⅰ结构式的化合物和式Ⅱ结构式的化合物可以均含有氟或腈基等活性官能团。式Ⅰ结构式的化合物具有氟或腈基，成膜作用优异，虽可以提高正极热稳定性，但阻燃安全改善效果不明显；式II结构式的化合物不仅具有优异的阻燃性，而且其含有的氟或不饱和键在一定程度上也具有成膜作用。两者通过互配，通过活性基团含量增大，达到互补协同作用。
[0036]本专利技术的电解液极限氧指数(LOI)≥30，自熄灭时间(SET)＜6s/g，UL94阻燃等级为V0，加速绝热量热(ARC)的热失控温度Tc≥150℃，热箱温度≥135℃，LSV起始氧化电压≥4.5V。
[0037]在一些实施例中，所述式I结构式的第一添加剂占电解液总质量为0.1～5wt％，所述式II结构式的第二添加剂占电解液总质量的0.1～20.0wt％。优选地，所述式I结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种阻燃型高电压电解液，其特征在于，包括式I结构式的第一添加剂和式II结构式的第二添加剂；其中，式I结构式如下：其中，R1和R2各自独立地选自碳原子数为1～6的烷基、氟取代的碳原子数为1～6的烷基、腈基取代的碳原子数为2～6的烷基；式II结构式如下：其中，R3
‑
R8各自独立地选自取代或未取代碳原子数为1～6的烷基或支链乙烯、取代或未取代的支链腈基、取代或未取代的烷氧苯基，其中取代时，取代基为卤素原子。2.根据权利要求1所述的阻燃型高电压电解液，其特征在于，所述式I结构式的第一添加剂占电解液总质量为0.1～5wt％，所述式II结构式的第二添加剂占电解液总质量的0.1～20.0wt％。3.根据权利要求2所述的阻燃型高电压电解液，其特征在于，所述式I结构式的第一添加剂占电解液总质量为1～3wt％，所述式II结构式的第二添加剂占电解液总质量的2～10wt％。4.根据权利要求1所述的阻燃型高电压电解液，其特征在于，所述式I结构式的第一添加剂包括以下的化合物中的至少一种：
5.根据权利要求1所述的阻燃型高电压电解液，其特征在于，所述式II结构式的第二添加剂包括以下的化合物中的至少一种：
6.根据权利要求1所述的阻燃型高电压电解液，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜文钊，熊伟，马斌，
申请(专利权)人：惠州锂威新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：