CN103840208A - N-脂肪酰谷氨酸作为凝胶因子提高锂电池安全性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种N-脂肪酰谷氨酸作为凝胶因子提高锂电池安全性的方法，电池化成后，在电解液中按照0.5～5wt%的比例添加N-脂肪酰谷氨酸凝胶因子，加热到50℃～55℃，保温24小时以上，使胶凝因子在电解液的有机溶剂中加热溶解，然后冷却到室温即可。采用N-脂肪酰谷氨酸作为凝胶因子，从而将富余游离态的电解液转化为凝胶态电解液，待游离态电解液消耗完成后，凝胶态的电解液在高温条件下又可变为游离态的电解液；防止电池在使用过程中富余游离态的电解液渗漏而导致电池发生燃烧、爆炸等安全事故，从而保证锂电池在使用过程中的安全性。

Description

N-脂肪酰谷氨酸作为凝胶因子提高锂电池安全性的方法
 
技术领域
本发明提供一种N-脂肪酰谷氨酸作为凝胶因子提高锂电池安全性的方法，在电池内部添加凝胶因子N-脂肪酰谷氨酸，将富余游离的电解液变为凝胶态电解液，提高锂电池安全性的方法，属于动力电池生产方法技术领域。
技术背景
锂离子电池具有能量密度高、无记忆效应、工作温度范围宽、循环寿命长及对环境友好等优点，是可供选择综合性能最好的可充电电池（二次电池）。目前商业化的锂离子电池多以液态的、具有高的凝固点和较低的粘度有机物作为溶剂，在其中加入锂盐作为电解质复配形成液态电解液。液态电解液的使用使得制备过程变得复杂，此外由于有机溶剂的易挥发性和流动性，如果封装不当，会出现电池电解质的稳定性下降，导致锂离子电池的使用寿命缩短，甚至出现起火爆炸等安全性问题。所以降低电解液中有机溶剂的流动性和挥发性，是提高锂离子电池安全性能的重要途径。通过胶凝剂形成的凝胶电解液，能大大降低电解液的流动性和挥发性，且具有较高的离子电导率，具有广泛的应用前景。
凝胶态电解液是指在电池制作过程中在电池底部添加一定比例的本发明凝胶因子N-脂肪酰谷氨酸，电池化成完成后入库前将电池加热到50℃～55℃，保温24小时以上，让胶凝因子在电解液的有机溶剂中加热溶解，在冷却过程中，通过氢键、配位、范德华力作用、静电、n-n堆积等分子间相互作用自组装形成纤维状结构，这些纤维结构进一步缠绕形成三维网络结构，从而通过液固界面张力使溶剂分子失去流动性而形成。 其独特的网络结构使凝胶同时具有固体的粘弹性和液体的分散性。
目前常用的胶凝剂有两类：聚合物胶凝剂(欧洲专利NO. 1054465 ；美国专利NO. 6150455，NO. 6420072 ；日本专利 NO. 2001123073, NO. 2001176556, NO. 2002279826, NO. 2001135353)和低分子量胶凝剂(Terech P.，Weiss R. G. Chem. Rev. 1997，97，3133 ； Lebel 0.，Perron Μ.，Maris Τ. etc.，Chem. Mater.，2006，18，3616 ；中国专利 N0. 1385416，NO. 101239933 ；日本专利 N0. 2004099478)。虽然聚合物胶凝剂的使用可以使锂离子电池漏液问题得到缓解，在一定程度上提高了锂离子电池的安全性，但是由于锂离子电池中常用六氟磷酸锂等作为电解质盐，可导致聚合物分解，从而引起耐久性的问题。对于低分子量胶凝剂而言，尽管目前存在多种低分子量有机胶凝剂使有机溶剂形成凝胶，但将其应用到锂离子电池电解液中仍存在以下不足：一些低分子量胶凝剂能够形成凝胶的有机溶剂非常有限，对锂离子电池电解液的有机溶剂并不适用，即不能使锂离子电池电解液的有机溶剂形成凝胶；部分低分子量胶凝剂可以使电池电解液的有机溶剂形成凝胶，但在加入金属锂盐等电解质后，盐的加入削弱了低分子量胶凝剂间的相互作用（氢键、静电、配位），使其与锂离子电池电解液难以形成凝胶或形成的凝胶不理想；此外，为了使凝胶具有实际应用价值，形成的锂离子电池凝胶电解液还必须具有较高的凝胶相转变温度，在锂离子电池正常使用过程中均以凝胶状态存在。
发明内容
本发明公开一种N-脂肪酰谷氨酸作为凝胶因子提高锂电池安全性的方法，解决了电池在使用过程中富余游离态的电解液渗漏而导致电池发生燃烧、爆炸等安全事故，确保了锂电池在使用过程中的安全性。
本发明提供的利用N-脂肪酰谷氨酸作为凝胶因子提高锂电池安全性的方法，技术解决方案如下：
在锂离子电池电解液中添加N-脂肪酰谷氨酸作为凝胶因子，所述的N-脂肪酰谷氨酸，分子式为：RCONHCHCOOHCH2CH2COOH，其含量为（0.5～5）wt%（占电池电解液重量的百分比）。
具体操作步骤为：
电池化成后，在电解液中按照0.5～5 wt%的比例添加N-脂肪酰谷氨酸凝胶因子，加热到50℃～55℃，保温24小时以上，使胶凝因子在电解液的有机溶剂中加热溶解，然后冷却到室温即可。
所述的锂离子电解液中的电解质为六氟磷酸锂。
本发明的积极效果在于：采用N-脂肪酰谷氨酸作为凝胶因子，从而将富余游离态的电解液转化为凝胶态电解液，待游离态电解液消耗完成后，凝胶态的电解液在高温条件下又可变为游离态的电解液；防止电池在使用过程中富余游离态的电解液渗漏而导致电池发生燃烧、爆炸等安全事故，从而保证锂电池在使用过程中的安全性。
具体实施方式
为了更清楚的说明本发明，列举以下实例，但其对本发明没有任何限制。
实施例1
按照锂电池制作工艺流程（制浆-涂布-切片-辊压-叠片-封注-化成）制作容量为40Ah锂电池，注入为240克电解液，化成完成后，在电解液中加入1.2克N-脂肪酰谷氨酸（加入比例为电解液0.5%），加热到50℃～55℃，保温24小时，使胶凝因子在电解液的有机溶剂中加热溶解，然后冷却到室温即得本发明。
试验例：
在相同制造工艺条件下，将没有加入N-脂肪酰谷氨酸的电池与本发明产品放在50～60℃温度环境下放置10～15小时，然后冷却至室温，24小时后在手套箱内打开两种电池的安全阀向外倒出电解液，没有加N-脂肪酰谷氨酸的电池能够倒出35克游离的电解液，加N-脂肪酰谷氨酸的电池只能倒出10克游离的电解液；将不能倒出电解液的电池加热到50～60℃，又能倒出25克电解液。
结论：加入的N-脂肪酰谷氨酸的电池能够较好的使电解液变为凝胶状态。
实施例2
按照锂电池制作工艺流程（制浆-涂布-切片-辊压-叠片-封注-化成）制作容量为60Ah锂电池，注入为360克电解液，化成完成后，在电解液中加入10.8克N-脂肪酰谷氨酸（加入比例为电解液3%），加热到50℃～55℃，保温30小时，使胶凝因子在电解液的有机溶剂中加热溶解，然后冷却到室温即得本发明。
试验例
在相同制造工艺条件下，将没有加入N-脂肪酰谷氨酸的电池与本发明产品放在50～60℃温度环境下放置10～15小时，然后冷却至室温，24小时后在手套箱内打开两种电池的安全阀向外倒出电解液，没有加N-脂肪酰谷氨酸的电池能够倒出45克游离的电解液，加N-脂肪酰谷氨酸的电池只能倒出6克游离的电解液；将不能倒出电解液的电池加热到50～60℃，又能倒出30克电解液。
结论：加入的N-脂肪酰谷氨酸的电池能够较好的使电解液变为凝胶状态。
实施例3
按照锂电池制作工艺流程（制浆-涂布-切片-辊压-叠片-封注-化成）制作容量为100Ah锂电池，注入为600克六氟磷酸锂，化成完成后，在电解液中加入30克N-脂肪酰谷氨酸（加入比例为电解液5%），加热到50℃～55℃，保温30小时，使胶凝因子在电解液的有机溶剂中加热溶解，然后冷却到室温即得本发明。
试验例
在相同制造工艺条件下，将没有加入N-脂肪酰谷氨酸的电池与本发明产品放在50～60℃温度环境下放置10～15小时，然后冷却至室温，24小时后在手套箱内打开两种电池的安全阀向外倒出电解液，没有加N-脂肪酰谷氨酸的电池能够倒出50克游离的电解液，加N-脂肪酰谷氨酸的电池倒不出电解液；将不能倒出电解液的电池加热到50～60℃，又能倒出36克电解液。
结论：加入的N-脂肪酰谷氨酸的电池能够较好的使电解液变为凝胶状态。

Claims (2)

1.N-脂肪酰谷氨酸作为凝胶因子在锂离子电池中的用途，其特征在于：所述的脂肪酰谷氨酸的分子式为：RCONHCHCOOHCH2CH2COOH。
2. 一种利用N-脂肪酰谷氨酸作为凝胶因子提高锂电池安全性的方法，包括以下步骤：
电池化成后，在电解液中按照（0.5～5）wt%的比例添加脂肪酰谷氨酸凝胶因子，加热到50℃～55℃，保温24小时以上，使胶凝因子在电解液的有机溶剂中加热溶解，然后冷却到室温即可。
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Title
孙培冬 , 朱丽雯: "N-月桂酰 -L-谷氨酸及其衍生物的凝胶性质研究", 《化学研究与应用》 *

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