本發(fā)明屬于鋰亞硫酰氯電池，涉及一種用于鋰亞硫酰氯電池的電解液添加劑、電解液和鋰亞硫酰氯電池。

背景技術(shù)：

1、鋰一次電池是目前化學(xué)電源中比能量較高的電池,其中鋰/亞硫酰氯是已知的比能量最高的鋰一次電池，其特性是工作電壓高，可達(dá)3.0v以上，電池自放電小，便于長時間存放和使用，所以一直是目前商業(yè)上使用量最大的電池，如燃?xì)獗?、電表、水表以及物?lián)網(wǎng)領(lǐng)域，通常情況下，對電池的使用壽命要求達(dá)到6年以上，且電池要求必須通過相關(guān)的安全性驗(yàn)證，如atex防爆等級必須達(dá)到t4(表面最高溫度135℃)，甚至要求達(dá)到t5(表面最高溫度100℃)或者t6(表面最高溫度85℃)等級，所以，針對鋰亞酰氯的壽命、安全性提出了更高的要求。

2、目前，為了滿足長壽命的使用條件，采用更多的方案就是用鋰亞硫酰氯高容量型電池，這種電池由于是炭包型結(jié)構(gòu)，可以小電流輸出更高的電池容量，是十分切合物聯(lián)網(wǎng)表計的使用需求，但是，仍有很多情況下，電池的使用壽命往往達(dá)不到預(yù)期壽命，其原因主要有以下3點(diǎn)：一是受基站信號強(qiáng)弱的影響，實(shí)際設(shè)備輸出功率，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)定的功率，導(dǎo)致功耗多大，設(shè)計壽命不足；二是設(shè)備芯片功耗異常，導(dǎo)致電池容量的異常損耗；三是電池實(shí)際設(shè)計壽命不足或者電池存在缺陷。然而，對于電池廠商而言，只能通過增加反應(yīng)活性物質(zhì)的用量來確保電池能夠盡可能的輸出更多容量，但是，這樣會帶來極端設(shè)計情況下，電池出現(xiàn)安全性的一系列問題。

3、因此，在保證電池長期使用壽命不受影響的前提下，提高鋰亞硫酰氯高容量型電池安全性是亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種用于鋰亞硫酰氯電池的電解液添加劑、電解液和鋰亞硫酰氯電池。本發(fā)明提供的電解液添加劑，常溫下性質(zhì)穩(wěn)定，不易與電解液和鋰發(fā)生副反應(yīng)，而在鋰亞硫酰氯電池出現(xiàn)極端高溫的情況下，本發(fā)明的電解液添加劑在高溫下會形成類絕緣體的膜層結(jié)構(gòu)，該膜層結(jié)構(gòu)完全附著于金屬鋰的表面，阻止了金屬鋰與電解液的進(jìn)一步反應(yīng)放出大量的熱量，從而在不影響電池的長期使用壽命的前提下，提高了電池的安全性。

2、為達(dá)到此發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種用于鋰亞硫酰氯電池的電解液添加劑，所述電解液添加劑包括高溫下成膜的高分子材料。

4、本發(fā)明提供的電解液添加劑包括高溫下成膜的高分子材料，上述高分子材料化學(xué)特性穩(wěn)定，不易與電解液和鋰反應(yīng)，而在鋰亞硫酰氯電池出現(xiàn)極端高溫(≥60℃)的情況下，易成類絕緣體的膜，可以完全附著在金屬鋰的表面，阻止了金屬鋰與電解液的進(jìn)一步反應(yīng)放出大量的熱量，從而在不影響電池的長期使用壽命的前提下，提高了電池的安全性。

5、本發(fā)明中，如果提供的添加劑不能在高溫下成膜，則不能實(shí)現(xiàn)阻隔電子的傳到，從而電池一旦短路，內(nèi)部溫度增加，氣壓增大，電池就會出現(xiàn)爆炸的風(fēng)險。

6、優(yōu)選地，所述高分子材料的成膜溫度為60～100℃，例如60℃、70℃、80℃、90℃或100℃等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

7、本發(fā)明中，高分子材料的成膜溫度如果過低，低于60℃，則會影響電池的正常高溫環(huán)境下的使用，而如果過高，超過100℃，則添加劑在電池正常的使用溫度范圍(-40℃～+85℃)下未成膜，則會導(dǎo)致電池持續(xù)短路，會帶來安全風(fēng)險。

8、優(yōu)選地，所述高分子材料的數(shù)均分子量≥1萬，例如1萬、3萬、5萬、8萬、10萬、13萬、15萬、18萬或20萬等。

9、本發(fā)明中，如果高分子材料的數(shù)均分子量過低，低于1萬，無法實(shí)現(xiàn)在一定高溫環(huán)境下成膜的目的。

10、優(yōu)選地，所述高分子材料包括聚乙烯醇、聚丙烯酸甲酯、α-氰基丙烯酸甲酯或甲氨基丙烯酸甲酯中的任意一種或至少兩種的組合。

11、第二方面，本發(fā)明提供一種鋰亞硫酰氯電池的電解液，所述電解液包括亞硫酰氯、鋰鹽和如第一方面所述的電解液添加劑。

12、本發(fā)明提供的鋰亞硫酰氯電池的電解液，加入第一方面提供的電解液添加劑后，一方面電解液添加劑化學(xué)特性穩(wěn)定，不易與電解液和鋰反應(yīng)，且在高溫下可得到類絕緣體的膜，可在金屬鋰的表面完全附著，阻止了金屬鋰與電解液的進(jìn)一步反應(yīng)放出大量的熱量，提高了電池的安全性；另一方面，還可以提高了活性物質(zhì)亞硫酰氯的占比，使得實(shí)際放出的電池容量更高，同時降低了電解質(zhì)鋰鹽的濃度，使得離子傳輸更慢，極端情況下，電池內(nèi)部反應(yīng)更加緩慢，提高了安全性；從而提升了電池的容量和安全性。

13、本發(fā)明中，如果第一方面提供的電解液添加劑不用于上述體系的電解液中，則無法實(shí)現(xiàn)高溫成膜的目的。

14、優(yōu)選地，所述鋰鹽包括四氯鋁酸鋰、四氟硼酸鋰、二草酸硼酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、雙三氟甲基磺酰亞胺鋰、三氟甲基磺酸鋰、雙氟磺酸亞胺鋰、四氯鎵酸鋰或高氯酸鋰中的任意一種或至少兩種的組合。

15、優(yōu)選地，所述電解液還包括第二添加劑。

16、優(yōu)選地，所述第二添加劑包括二氧化硫、聚氯乙烯、氯化溴或氯乙烯-偏二氯乙烯共聚物中的任意一種或至少兩種的組合。

17、除第一方面提供的電解液添加劑外，本發(fā)明提供的電解液還可以加入其他類型的添加劑(第二添加劑)，起到了降低正負(fù)電極的阻抗，緩解電池的電壓滯后現(xiàn)象的作用。

18、優(yōu)選地，所述亞硫酰氯在所述電解液中的質(zhì)量占比為85～90％，例如85％、86％、87％、88％、89％或90％等。

19、優(yōu)選地，所述第二添加劑在所述電解液中的質(zhì)量占比為0.5～1％，例如0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％或1％等。

20、優(yōu)選地，所述電解液添加劑在所述電解液中的質(zhì)量占比為0.5～1％，例如0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％或1％等。

21、本發(fā)明中，電解液添加劑在所述電解液中的質(zhì)量占比如果過小，小于0.5％，一方面會造成添加劑在電解液中分散不均勻，另一方面，成膜的量太少，起不到高溫阻隔電子的目的，而過多，如果超過1％，由于添加劑為高分子材料，會導(dǎo)致電池內(nèi)阻增加，影響電池放電性能。

22、優(yōu)選地，所述鋰鹽在所述電解液中的濃度為0.6～1mol/l，例如0.6mol/l、0.7mol/l、0.8mol/l、0.9mol/l或1mol/l等。

23、本發(fā)明提供的電解液中，由于第一方面的電解液添加劑的存在，使得亞硫酰氯在電解液中的占比得到了明顯提升，從而提升了電池的容量，同時還降低了鋰鹽在電解液中的濃度，減緩了離子傳輸?shù)臐舛龋岣吡穗姵氐陌踩浴?/p>

24、第三方面，本發(fā)明提供一種鋰亞硫酰氯電池，所述鋰亞硫酰氯電池包括鋰負(fù)極、隔膜、碳材料正極和如第二方面所述的電解液。

25、優(yōu)選地，所述隔膜包括玻纖隔膜。

26、本發(fā)明中，選用玻纖隔膜作為隔膜結(jié)構(gòu)，抗拉伸強(qiáng)度更大，孔隙率更高，吸收和保持電解液的能力更強(qiáng)；除了上述玻纖隔膜外，本領(lǐng)域技術(shù)人員合理范圍內(nèi)可獲知的其他的隔膜種類，本發(fā)明同樣適用。

27、優(yōu)選地，所述碳材料正極包括正極集流體以及復(fù)合于正極集流體表面的炭包顆粒。

28、優(yōu)選地，所述正極集流體為單片網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

29、優(yōu)選地，所述正極集流體的材質(zhì)包括不銹鋼。

30、本發(fā)明提供的正極集流體，采用單片不銹鋼網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為不銹鋼，相較于傳統(tǒng)的環(huán)狀結(jié)構(gòu)的鎳網(wǎng)，其集流面積小、且不銹鋼導(dǎo)電能力低于鎳，降低了短路電流過大的風(fēng)險，提升了電池安全性。

31、優(yōu)選地，所述炭包顆粒的原料包括乙炔黑、導(dǎo)電炭黑、聚四氟乳液和溶劑。

32、本發(fā)明提供的炭包顆粒中，除粘結(jié)劑聚四氟乙烯外，碳系材料均為同系物，相較于傳統(tǒng)組成會增加金屬導(dǎo)電的銅粉或者電導(dǎo)率更高的超導(dǎo)炭黑，本發(fā)明提供的乙炔黑和導(dǎo)電炭黑的組合電子導(dǎo)電能力更小，電池出現(xiàn)極端短路情況下，電池內(nèi)部短路電流更小，也更加安全；且炭包顆粒的制備方法為常規(guī)技術(shù)手段，混合上述原料，去除溶劑后即得到炭包顆粒。

33、優(yōu)選地，所述乙炔黑和導(dǎo)電炭黑的質(zhì)量比為(70～80):(2～3)，例如70:2、70:3、75:2、75:3、80:2或80:3等。

34、優(yōu)選地，以乙炔黑、導(dǎo)電炭黑和聚四氟乙烯乳液的總質(zhì)量為100％計，所述聚四氟乙烯乳液的質(zhì)量為5～10％，例如5％、6％、7％、8％、9％或10％等。

35、優(yōu)選地，所述溶劑的質(zhì)量為所述炭包顆粒的原料的總質(zhì)量的75～80％，例如75％、76％、77％、78％、79％或80％等。

36、本發(fā)明提供的鋰亞硫酰氯電池，通過正極集流體的特殊選擇(單片網(wǎng)狀的不銹鋼)、炭包顆粒的特殊選擇(選用乙炔黑和導(dǎo)電炭黑)協(xié)同配合特定的電解液(電解液中含有第一方面提供的電解液添加劑)，共同提升了電池的容量和安全性能。

37、需要說明：

38、本發(fā)明提供的鋰亞硫酰氯電池，除上述特定限定外，其余各個電池結(jié)構(gòu)的制備方法、具體材料組成以及含量、電池結(jié)構(gòu)(如電池中還包括外殼和蓋板等)及電池的組裝方法，均為常規(guī)技術(shù)手段，本領(lǐng)域技術(shù)人員依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行適應(yīng)性選擇和調(diào)整即可。

39、示例性地，本發(fā)明提供一種鋰亞硫酰氯電池的制備方法，所述制備方法包括：

40、將負(fù)極鋰片先通過卷繞成圓筒狀，然后放入到鋼殼中，最后由機(jī)械滾輪滾壓，使其附著于鋼殼內(nèi)壁；

41、然后將所需要的玻纖隔膜、聚四氟絕緣片放入到鋼殼中(玻纖隔膜緊貼鋰片四周起到阻隔鋰片和正極炭包的作用，聚四氟絕緣片放置在鋼殼的底部，起到絕緣的作用)；

42、將炭包顆粒計量稱重完成后，放入到鋼殼中，并將顆粒平壓成柱狀炭包，并在成型好的炭包上部放入隔膜，使得炭包顆粒不易溢出；

43、將片狀不銹鋼網(wǎng)點(diǎn)焊于不銹鋼蓋組上，并壓合蓋組和鋼殼，同時，通過激光焊接機(jī)將蓋組和鋼殼焊接。

44、相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：

45、本發(fā)明提供的電解液添加劑包括高溫下成膜的高分子材料，上述高分子材料具有大分子量，化學(xué)特性穩(wěn)定，化學(xué)特性穩(wěn)定，鋰亞硫酰氯電池的電解液中含有上述電解液添加劑后，不易與電解液和鋰反應(yīng)，而在鋰亞硫酰氯電池出現(xiàn)極端高溫(≥60℃)的情況下，易成類絕緣體的膜，可以完全附著在金屬鋰的表面，阻止了金屬鋰與電解液的進(jìn)一步反應(yīng)放出大量的熱量，從而在不影響電池的長期使用壽命的前提下，提高了電池的安全性。