CN104409769A - 一种防过充电解液及锂电池 - Google Patents

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吴钦
陈俊彩
甘朝伦
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赵世勇
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Abstract

本发明涉及一种防过充电解液及锂电池，包括有机溶剂、锂盐和添加剂，锂盐的浓度为0.001～2mol/L，添加剂包括添加剂A，添加剂A的质量占电解液的质量的0.01～20％，添加剂A的结构式为其中，X、Y、Z、Q四个中的一个为C＝O，一个为O，另外两个分别为CR1R2，R1、R2独立地为氢或碳原子数为1个～10个的烷基，或者当另外两个相邻时，这两个之间形成共价键。本发明通过在电解液中加入添加剂A，添加剂A在对电解液电导率产生微小影响的基础上，提高了电解液的耐过充性能，提高充放电的循环效率。

Description

一种防过充电解液及锂电池
技术领域
本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种防过充电解液及锂电池。
背景技术
锂离子电池由于具备能量密度高，功率密度大，循环性能好，无记忆效应，绿色环保等特点，在移动通信设备如移动电话，移动摄像机，笔记本电脑，手机等各种电子产品中得到广泛应用，同时也是未来电动汽车的供能系统中强有力候选者。锂电池电解液使用的有机溶剂常有:碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酯亚乙烯酯、碳酸甲丙酯、丁内酯等以及它们的两种或多种混合物，使用的锂盐通常有：六氟磷酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂、二草酸合硼酸锂、三氟甲基磺酸锂、双氟磺酰亚胺锂等以及它们的两种或多种混合物。然而，锂电池电解液的安全性一直成为大型锂离子电池无法商业化的最大阻碍之一。爆炸，起火等危险都是因为锂离子电池的过充而引起的，这些事故从根本上讲都是因为电池内部电压控制的失控导致剧烈的放热反应而引起的。为了解决这些安全问题，传统的解决方法是在电池的安全帽内安装气体压力检测装置、防爆安全阀或通过外加专用的过充保护电路来防止电池的过充。传统的方法增加电池成本及复杂性，安全效果不理想。通过添加剂实现电池内部过充保护来解决这些问题，添加剂基本局限于联苯、环己苯、卤苯、呋喃的衍生物等，这些添加剂能够对电池安全起到一定作用，但会影响到电池的正常电化学性能，特别是充放电性能及循环性能，同时对电池材料形态有一定的负面影响，电池在充放电的过程中产生了大量气体，导致电池性能下降。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种对锂电池的电化学性能影响较小且具有防过充性能的电解液。
本发明所要解决的另一技术问题是提供一种采用上述电解液的锂电池。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种防过充电解液，包括有机溶剂、锂盐和添加剂，所述的锂盐的浓度为0.001～2mol/L，所述的添加剂包括添加剂A，所述的添加剂A的质量占所述的电解液的质量的0.01～20％，所述的添加剂A的结构式为其中，X、Y、Z、Q四个中的一个为C＝O，一个为O，另外两个分别为CR1R2，R1、R2独立地为氢或碳原子数为1个～10个的烷基，或者当所述的另外两个相邻时，这两个之间形成共价键。
优选地，所述的添加剂A为色酮、香豆素、苯并二氢吡喃4-酮、3－异色酮、异薰草素、异色瞒中的一种或多种。
优选地，所述的添加剂A的质量占所述的电解液的质量的1～5％。
优选地，所述的有机溶剂为环状碳酸酯和/或链状碳酸酯的混合物，所述的环状碳酸酯为选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、γ-丁内酯、碳酸亚丁酯中的一种或多种的组合；所述的链状碳酸酯为选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲基乙基酯、碳酸二丙酯、碳原子数为3～8个的直链或支链的脂肪单醇与碳酸合成的碳酸酯的衍生物中的一种或多种的组合。
进一步优选地，所述的有机溶剂为碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯按体积比为1：0.9～1.1的混合物，或者，所述的有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲基乙基酯按质量比为1：0.9～1.1：0.9～1.1的混合物。
优选地，所述的锂盐为LiBF4、LiPF6、LiAsF6、LiClO4、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiSO3CF3、LiC2O4BC2O4、LiFC6F5BC2O4中的一种或多种。
进一步优选地，所述的锂盐的浓度为0.9～1.1mol/L。
优选地，所述的添加剂还包括其他添加剂，所述的其他添加剂的质量占所述的电解液的质量的0.01～5％。
进一步优选地，所述的其他添加剂为选自联苯、碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、氟代碳酸乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、亚硫酸丁烯酯、1，3-(1-丙烯)磺内酯、亚硫酸乙烯酯、硫酸乙烯酯、环己基苯、叔丁基苯、丁二腈中的一种或多种。
一种锂电池，其采用上述电解液。
该锂电池为锂一次电池、锂二次电池或锂离子电池。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明通过在电解液中加入添加剂A，添加剂A在对电解液电导率产生微小影响的基础上，提高了电解液的耐过充性能，提高充放电的循环效率；由该电解液制备的锂电池同样具备了这些优点，对正常的锂电池的性能影响非常小，能够满足应用的需要。
附图说明
附图1为对比例1与实施例1的CV曲线图，添加剂苯并二氢吡喃4-酮在4.8V发生电聚合反应。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明作详细说明：
采用常规方法将各实施例及对比例按表1和表2中的组分含量充分混合得到电解液，各实施例及对比例的性能参见表1和表2。
表1
表2
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种防过充电解液，包括有机溶剂、锂盐和添加剂，所述的锂盐的浓度为0.001～2mol/L，其特征在于：所述的添加剂包括添加剂A，所述的添加剂A的质量占所述的电解液的质量的0.01～20％，所述的添加剂A的结构式为其中，X、Y、Z、Q四个中的一个为C＝O，一个为O，另外两个分别为CR1R2，R1、R2独立地为氢或碳原子数为1个～10个的烷基，或者当所述的另外两个相邻时，这两个之间形成共价键。
2.根据权利要求1所述的防过充电解液，其特征在于：所述的添加剂A为色酮、香豆素、苯并二氢吡喃4-酮、3-异色酮、异薰草素、异色瞒中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的防过充电解液，其特征在于：所述的添加剂A的质量占所述的电解液的质量的1～5％。
4.根据权利要求1所述的防过充电解液，其特征在于：所述的有机溶剂为环状碳酸酯和/或链状碳酸酯的混合物，所述的环状碳酸酯为选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、γ-丁内酯、碳酸亚丁酯中的一种或多种的组合；所述的链状碳酸酯为选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲基乙基酯、碳酸二丙酯、碳原子数为3～8个的直链或支链的脂肪单醇与碳酸合成的碳酸酯的衍生物中的一种或多种的组合。
5.根据权利要求4所述的防过充电解液，其特征在于：所述的有机溶剂为碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯按体积比为1：0.9～1.1的混合物，或者，所述的有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲基乙基酯按质量比为1：0.9～1.1：0.9～1.1的混合物。
6.根据权利要求1所述的防过充电解液，其特征在于：所述的锂盐为LiBF4、LiPF6、LiAsF6、LiClO4、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiSO3CF3、LiC2O4BC2O4、LiFC6F5BC2O4中的一种或多种。
7.根据权利要求6所述的防过充锂电池电解液，其特征在于：所述的锂盐的浓度为0.9～1.1mol/L。
8.根据权利要求1所述的防过充电解液，其特征在于：所述的添加剂还包括其他添加剂，所述的其他添加剂的质量占所述的电解液的质量的0.01～5％。
9.根据权利要求8所述的防过充电解液，其特征在于：所述的其他添加剂为选自联苯、碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、氟代碳酸乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、亚硫酸丁烯酯、1，3-(1-丙烯)磺内酯、亚硫酸乙烯酯、硫酸乙烯酯、环己基苯、叔丁基苯、丁二腈中的一种或多种。
10.一种锂电池，其特征在于：其采用权利要求1至9中任一项所述的电解液。
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