一種用于鋰離子電池的阻燃電解液及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于鋰離子電池的阻燃電解液及其制備方法，用于鋰離子電池的阻燃電解液按照重量份的原料包括：鋰鹽10?20份、有機溶劑50?70份、環(huán)狀碳酸酯3?5份、鏈狀碳酸酯3?5份、阻燃劑0.3?0.5份、負極SEI膜穩(wěn)定劑1?2份、氟代碳酸酯2?4份、氟代苯4?6份、磷腈衍生物3?5份、碳酸亞乙烯酯3?5份、碳酸二乙酯4?6份；所述阻燃劑為二甲氧基甲基磷酸酯，所述負極SEI膜穩(wěn)定劑為雙乙酸硼酸鋰。本發(fā)明成本低，制備的阻燃電解液不燃燒、不起火，而且其熱穩(wěn)定顯著提高，在高溫85℃儲能3個月以上電解液不變色、不沉淀析出；阻燃添加劑在保證對電池性能負面影響較小的前提下大大降低了電解液的可燃性，從而大大提高了電池的安全性。
【專利說明】
一種用于鋰離子電池的阻燃電解液及其制備方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種鋰離子電池電解液，具體是一種用于鋰離子電池的阻燃電解液及其制備方法。
【背景技術】
[0002]鋰離子電池在過度充放電、短路或大電流長時間工作的情況下放出大量熱，這些熱量成為易燃電解液的安全隱患，可能造成災難性熱擊穿，甚至電池的爆炸。因此，安全性問題已經(jīng)成為鋰離子電池市場創(chuàng)新的重要前提，特別是在電動汽車等領域的應用對電池的安全性提出更高、更新的要求。當前動力電池已經(jīng)開始實現(xiàn)商業(yè)化規(guī)模，由于各廠家所采用的材料不同，電池也會有很大的區(qū)別。但是，無論采用什么正負極材料，使用現(xiàn)有體系的電解液，均存在漏液、易燃、易爆等危險，因此而制約了動力電池的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。有人形容說，開著一輛這樣的電動車，好比背著幾百公斤的炸藥包。所以，阻燃電解液的研究開發(fā)成為首當其沖需要解決的技術難題。
[0003]對于阻燃電解液的研究開發(fā)，國內(nèi)外研究機構、企業(yè)都做了大量的工作，主要是通過阻燃添加劑來實現(xiàn)。阻燃添加劑的加入可以使易燃有機電解液變成難燃或不可燃的電解液，降低電池放熱值和電池自熱率，增加電解液自身的熱穩(wěn)定性，從而避免電池在過熱條件下的燃燒或爆炸。研究得比較多的主要是磷系阻燃劑，如常見的TMP(磷酸三甲酯)、TEP(磷酸三乙酯)、TPP(磷酸三苯酯)等。在《電源技術》2007年09期中也刊登有一篇《TEP和TPP用作鋰離子蓄電池電解液阻燃劑的研究》。但是，這些磷系阻燃劑的粘度較大，加入電解液后會很大程度上降低電導率，且電化學穩(wěn)定性差，如TMP會在碳負極表面發(fā)生類似于聚碳酸酯的還原分解，造成容量損失、電化學性能下降。就目前的研究結果來看，阻燃添加劑的不穩(wěn)定性和其自身的其它性能對電池性能會造成一定的負面影響，電池安全性的提高總是以犧牲電池性能為代價，這是大家都不希望的，也因此制約了動力電池的大規(guī)模發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種成本低、穩(wěn)定性好的用于鋰離子電池的阻燃電解液及其制備方法，以解決上述【背景技術】中提出的問題。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案:
[0006]—種用于鋰離子電池的阻燃電解液，按照重量份的原料包括:鋰鹽10-20份、有機溶劑50-70份、環(huán)狀碳酸酯3-5份、鏈狀碳酸酯3-5份、阻燃劑0.3-0.5份、負極SEI膜穩(wěn)定劑1-2份、氟代碳酸酯2-4份、氟代苯4-6份、磷腈衍生物3-5份、碳酸亞乙烯酯3-5份、碳酸二乙酯4-6 份。
[0007]作為本發(fā)明進一步的方案:所述用于鋰離子電池的阻燃電解液，按照重量份的原料包括:鋰鹽12-18份、有機溶劑55-65份、環(huán)狀碳酸酯3.5-4.5份、鏈狀碳酸酯3.5-4.5份、阻燃劑0.35-0.45份、負極SEI膜穩(wěn)定劑1.2-1.8份、氟代碳酸酯2.5-3.5份、氟代苯4.5-5.5份、磷腈衍生物3.5-4.5份、碳酸亞乙烯酯3.5-4.5份、碳酸二乙酯4.5-5.5份。
[0008]作為本發(fā)明進一步的方案:所述用于鋰離子電池的阻燃電解液，按照重量份的原料包括:鋰鹽15份、有機溶劑60份、環(huán)狀碳酸酯4份、鏈狀碳酸酯4份、阻燃劑0.4份、負極SEI膜穩(wěn)定劑1.5份、氟代碳酸酯3份、氟代苯5份、磷腈衍生物4份、碳酸亞乙烯酯4份、碳酸二乙酯5份。
[0009]作為本發(fā)明進一步的方案:所述阻燃劑為二甲氧基甲基磷酸酯，所述負極SEI膜穩(wěn)定劑為雙乙酸硼酸鋰。
[0010]作為本發(fā)明進一步的方案:所述環(huán)狀碳酸酯為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯或γ-丁內(nèi)酯。
[0011]作為本發(fā)明進一步的方案:所述的鏈狀碳酸酯為二甲基碳酸酯、二乙基碳酸酯、甲基乙基碳酸酯、甲基丙基碳酸酯或乙基丙基碳酸酯。
[0012]作為本發(fā)明進一步的方案:所述鋰鹽為六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、六氟砷酸鋰、高氯酸鋰、三氟甲基磺酸鋰、雙草酸硼酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、三(三氟甲基磺酰)碳化鋰或二(三氟甲基磺酰)亞胺鋰中的一種或兩種以上。
[0013]作為本發(fā)明進一步的方案:所述磷腈衍生物的分子式為(ΡΝΧ2)η，其中X為烷氧基及氯或氟元素，η表示2-5，在所有X中至少一個為甲氧基。
[0014]作為本發(fā)明再進一步的方案:所述磷腈衍生物的沸點為100_200°C，粘度為1-2mPa.S0
[0015]所述用于鋰離子電池的阻燃電解液的制備方法，具體步驟如下:
[0016](I)按照重量份稱取各原料；
[0017](2)將有機溶劑、環(huán)狀碳酸酯、鏈狀碳酸酯、碳酸亞乙烯酯和碳酸二乙酯依次加入至不銹鋼容器中，采用磁力攪拌器攪拌10_20min得到混合溶液;所述不銹鋼容器中的水分含量為3_5ppm，氧份含量為4-6ppm ；
[0018](3)將鋰鹽溶解于上述混合溶液中，繼續(xù)攪拌8-12min，使鋰鹽的濃度為0.5-lmol/L；
[0019](4)再向溶液中依次加入氟代碳酸酯、氟代苯、阻燃劑、磷腈衍生物和負極SEI膜穩(wěn)定劑，混勻后置于不銹鋼鋼瓶中即得。
[0020]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0021]本發(fā)明成本低，制備的阻燃電解液不燃燒、不起火，而且其熱穩(wěn)定顯著提高，在高溫85°C儲能3個月以上電解液不變色、不沉淀析出；阻燃添加劑在保證對電池性能負面影響較小的前提下大大降低了電解液的可燃性，從而大大提高了電池的安全性。
【具體實施方式】
[0022]下面結合【具體實施方式】對本專利的技術方案作進一步詳細地說明。
[0023]實施例1
[0024]—種用于鋰離子電池的阻燃電解液，按照重量份的原料包括:鋰鹽10份、有機溶劑50份、環(huán)狀碳酸酯3份、鏈狀碳酸酯3份、二甲氧基甲基磷酸酯0.3份、雙乙酸硼酸鋰I份、氟代碳酸酯2份、氟代苯4份、磷腈衍生物3份、碳酸亞乙烯酯3份、碳酸二乙酯4份;所述磷腈衍生物的分子式為(PNX2)n，其中X為烷氧基及氯或氟元素，η表示2，在所有X中至少一個為甲氧基，所述磷腈衍生物的沸點為100°C，粘度為ImPa.S。
[0025]所述用于鋰離子電池的阻燃電解液的制備方法，具體步驟如下:
[0026](I)按照重量份稱取各原料；
[0027](2)將有機溶劑、環(huán)狀碳酸酯、鏈狀碳酸酯、碳酸亞乙烯酯和碳酸二乙酯依次加入至不銹鋼容器中，采用磁力攪拌器攪拌1min得到混合溶液;所述不銹鋼容器中的水分含量為3ppm，氧份含量為4ppm ；
[0028](3)將鋰鹽溶解于上述混合溶液中，繼續(xù)攪拌8min，使鋰鹽的濃度為0.5mol/L;
[0029](4)再向溶液中依次加入氟代碳酸酯、氟代苯、二甲氧基甲基磷酸酯、磷腈衍生物和雙乙酸硼酸鋰，混勻后置于不銹鋼鋼瓶中即得。
[0030]實施例2
[0031]—種用于鋰離子電池的阻燃電解液，按照重量份的原料包括:鋰鹽12份、有機溶劑55份、環(huán)狀碳酸酯3.5份、鏈狀碳酸酯3.5份、二甲氧基甲基磷酸酯0.35份、雙乙酸硼酸鋰1.2份、氟代碳酸酯2.5份、氟代苯4.5份、磷腈衍生物3.5份、碳酸亞乙烯酯3.5份、碳酸二乙酯4.5份;所述磷腈衍生物的分子式為(PNX2 )n，其中X為烷氧基及氯或氟元素，η表示2_5，在所有X中至少一個為甲氧基，所述磷腈衍生物的沸點為120°C，粘度為1.2mPa.S。
[0032]所述用于鋰離子電池的阻燃電解液的制備方法，具體步驟如下:
[0033](I)按照重量份稱取各原料；
[0034](2)將有機溶劑、環(huán)狀碳酸酯、鏈狀碳酸酯、碳酸亞乙烯酯和碳酸二乙酯依次加入至不銹鋼容器中，采用磁力攪拌器攪拌12min得到混合溶液;所述不銹鋼容器中的水分含量為3.5ppm，氧份含量為4.5ppm ；
[0035](3)將鋰鹽溶解于上述混合溶液中，繼續(xù)攪拌9min，使鋰鹽的濃度為0.6mol/L;
[0036](4)再向溶液中依次加入氟代碳酸酯、氟代苯、二甲氧基甲基磷酸酯、磷腈衍生物和雙乙酸硼酸鋰，混勻后置于不銹鋼鋼瓶中即得。
[0037]實施例3
[0038]—種用于鋰離子電池的阻燃電解液，按照重量份的原料包括:鋰鹽15份、有機溶劑60份、環(huán)狀碳酸酯4份、鏈狀碳酸酯4份、二甲氧基甲基磷酸酯0.4份、雙乙酸硼酸鋰1.5份、氟代碳酸酯3份、氟代苯5份、磷腈衍生物4份、碳酸亞乙烯酯4份、碳酸二乙酯5份;所述磷腈衍生物的分子式為(PNX2)n，其中X為烷氧基及氯或氟元素，η表示2-5，在所有X中至少一個為甲氧基，所述磷腈衍生物的沸點為ISOtCjii^SljmPa.S。
[0039]所述用于鋰離子電池的阻燃電解液的制備方法，具體步驟如下:
[0040](I)按照重量份稱取各原料；
[0041](2)將有機溶劑、環(huán)狀碳酸酯、鏈狀碳酸酯、碳酸亞乙烯酯和碳酸二乙酯依次加入至不銹鋼容器中，采用磁力攪拌器攪拌15min得到混合溶液;所述不銹鋼容器中的水分含量為4ppm，氧份含量為5ppm ；
[0042](3)將鋰鹽溶解于上述混合溶液中，繼續(xù)攪拌1min，使鋰鹽的濃度為0.8mol/L;
[0043](4)再向溶液中依次加入氟代碳酸酯、氟代苯、二甲氧基甲基磷酸酯、磷腈衍生物和雙乙酸硼酸鋰，混勻后置于不銹鋼鋼瓶中即得。
[0044]實施例4
[0045]—種用于鋰離子電池的阻燃電解液，按照重量份的原料包括:鋰鹽18份、有機溶劑65份、環(huán)狀碳酸酯4.5份、鏈狀碳酸酯4.5份、二甲氧基甲基磷酸酯0.45份、雙乙酸硼酸鋰1.8份、氟代碳酸酯3.5份、氟代苯5.5份、磷腈衍生物4.5份、碳酸亞乙烯酯4.5份、碳酸二乙酯5.5份;所述磷腈衍生物的分子式為(PNX2 )n，其中X為烷氧基及氯或氟元素，η表示2_5，在所有X中至少一個為甲氧基，所述磷腈衍生物的沸點為180°C，粘度為1.SmPa.S。
[0046]所述用于鋰離子電池的阻燃電解液的制備方法，具體步驟如下:
[0047](I)按照重量份稱取各原料；
[0048](2)將有機溶劑、環(huán)狀碳酸酯、鏈狀碳酸酯、碳酸亞乙烯酯和碳酸二乙酯依次加入至不銹鋼容器中，采用磁力攪拌器攪拌ISmin得到混合溶液;所述不銹鋼容器中的水分含量為4.5ppm，氧份含量為5.5ppm ；
[0049](3)將鋰鹽溶解于上述混合溶液中，繼續(xù)攪拌IImin，使鋰鹽的濃度為0.9mol/L;
[0050](4)再向溶液中依次加入氟代碳酸酯、氟代苯、二甲氧基甲基磷酸酯、磷腈衍生物和雙乙酸硼酸鋰，混勻后置于不銹鋼鋼瓶中即得。
[0051 ] 實施例5
[0052]一種用于鋰離子電池的阻燃電解液，按照重量份的原料包括:鋰鹽20份、有機溶劑70份、環(huán)狀碳酸酯5份、鏈狀碳酸酯5份、二甲氧基甲基磷酸酯0.5份、雙乙酸硼酸鋰2份、氟代碳酸酯4份、氟代苯6份、磷腈衍生物5份、碳酸亞乙烯酯5份、碳酸二乙酯6份;所述磷腈衍生物的分子式為(PNX2)n，其中X為烷氧基及氯或氟元素，η表示2-5，在所有X中至少一個為甲氧基，所述磷腈衍生物的沸點為200°C，粘度為2mPa.S。
[0053]所述用于鋰離子電池的阻燃電解液的制備方法，具體步驟如下:
[0054](I)按照重量份稱取各原料；
[0055](2)將有機溶劑、環(huán)狀碳酸酯、鏈狀碳酸酯、碳酸亞乙烯酯和碳酸二乙酯依次加入至不銹鋼容器中，采用磁力攪拌器攪拌20min得到混合溶液;所述不銹鋼容器中的水分含量為5ppm，氧份含量為6ppm ；
[0056](3)將鋰鹽溶解于上述混合溶液中，繼續(xù)攪拌12min，使鋰鹽的濃度為Imo 1/L;
[0057](4)再向溶液中依次加入氟代碳酸酯、氟代苯、二甲氧基甲基磷酸酯、磷腈衍生物和雙乙酸硼酸鋰，混勻后置于不銹鋼鋼瓶中即得。
[0058]所述環(huán)狀碳酸酯為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯或γ-丁內(nèi)酯;所述的鏈狀碳酸酯為二甲基碳酸酯、二乙基碳酸酯、甲基乙基碳酸酯、甲基丙基碳酸酯或乙基丙基碳酸酯；所述鋰鹽為六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、六氟砷酸鋰、高氯酸鋰、三氟甲基磺酸鋰、雙草酸硼酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、三(三氟甲基磺酰)碳化鋰或二(三氟甲基磺酰)亞胺鋰中的一種或兩種以上。
[0059]本發(fā)明成本低，制備的阻燃電解液不燃燒、不起火，而且其熱穩(wěn)定顯著提高，在高溫85°C儲能3個月以上電解液不變色、不沉淀析出；阻燃添加劑在保證對電池性能負面影響較小的前提下大大降低了電解液的可燃性，從而大大提高了電池的安全性。
[0060]上面對本專利的較佳實施方式作了詳細說明，但是本專利并不限于上述實施方式，在本領域的普通技術人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本專利宗旨的前提下作出各種變化。
【主權項】
1.一種用于鋰離子電池的阻燃電解液，其特征在于，按照重量份的原料包括:鋰鹽10-20份、有機溶劑50-70份、環(huán)狀碳酸酯3-5份、鏈狀碳酸酯3-5份、阻燃劑0.3-0.5份、負極SEI膜穩(wěn)定劑1-2份、氟代碳酸酯2-4份、氟代苯4-6份、磷腈衍生物3-5份、碳酸亞乙烯酯3-5份、碳酸二乙酯4-6份。2.根據(jù)權利要求1所述的用于鋰離子電池的阻燃電解液，其特征在于，按照重量份的原料包括:鋰鹽12-18份、有機溶劑55-65份、環(huán)狀碳酸酯3.5-4.5份、鏈狀碳酸酯3.5-4.5份、阻燃劑0.35-0.45份、負極SEI膜穩(wěn)定劑1.2-1.8份、氟代碳酸酯2.5-3.5份、氟代苯4.5-5.5份、磷腈衍生物3.5-4.5份、碳酸亞乙烯酯3.5-4.5份、碳酸二乙酯4.5-5.5份。3.根據(jù)權利要求1所述的用于鋰離子電池的阻燃電解液，其特征在于，按照重量份的原料包括:鋰鹽15份、有機溶劑60份、環(huán)狀碳酸酯4份、鏈狀碳酸酯4份、阻燃劑0.4份、負極SEI膜穩(wěn)定劑1.5份、氟代碳酸酯3份、氟代苯5份、磷腈衍生物4份、碳酸亞乙烯酯4份、碳酸二乙酯5份。4.根據(jù)權利要求1-3任一所述的用于鋰離子電池的阻燃電解液，其特征在于，所述阻燃劑為二甲氧基甲基磷酸酯，所述負極SEI膜穩(wěn)定劑為雙乙酸硼酸鋰。5.根據(jù)權利要求1-3任一所述的用于鋰離子電池的阻燃電解液，其特征在于，所述環(huán)狀碳酸酯為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯或γ -丁內(nèi)酯。6.根據(jù)權利要求1-3任一所述的用于鋰離子電池的阻燃電解液，其特征在于，所述的鏈狀碳酸酯為二甲基碳酸酯、二乙基碳酸酯、甲基乙基碳酸酯、甲基丙基碳酸酯或乙基丙基碳酉交酷O7.根據(jù)權利要求1-3任一所述的用于鋰離子電池的阻燃電解液，其特征在于，所述鋰鹽為六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、六氟砷酸鋰、高氯酸鋰、三氟甲基磺酸鋰、雙草酸硼酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、三(三氟甲基磺酰)碳化鋰或二 (三氟甲基磺酰)亞胺鋰中的一種或兩種以上。8.根據(jù)權利要求1-3任一所述的用于鋰離子電池的阻燃電解液，其特征在于，所述磷腈衍生物的分子式為(ΡΝΧ2)η，其中X為烷氧基及氯或氟元素，η表示2-5，在所有X中至少一個為甲氧基。9.根據(jù)權利要求1-3任一所述的用于鋰離子電池的阻燃電解液，其特征在于，所述磷腈衍生物的沸點為100-200°C，粘度為l_2mPa.S。10.—種如權利要求1-3任一所述的用于鋰離子電池的阻燃電解液的制備方法，其特征在于，具體步驟如下: (1)按照重量份稱取各原料； (2)將有機溶劑、環(huán)狀碳酸酯、鏈狀碳酸酯、碳酸亞乙烯酯和碳酸二乙酯依次加入至不銹鋼容器中，采用磁力攪拌器攪拌10_20min得到混合溶液;所述不銹鋼容器中的水分含量為3-5ppm，氧份含量為4-6ppm ； (3)將鋰鹽溶解于上述混合溶液中，繼續(xù)攪拌8-12min，使鋰鹽的濃度為0.5-lmol/L; (4)再向溶液中依次加入氟代碳酸酯、氟代苯、阻燃劑、磷腈衍生物和負極SEI膜穩(wěn)定劑，混勻后置于不銹鋼鋼瓶中即得。
【文檔編號】H01M10/0567GK105895953SQ201610264263
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月25日
【發(fā)明人】何鳳英
【申請人】何鳳英