CN106299455A - 具有高安全性的电池电解液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有高安全性的电池电解液，包括如下重量份的各组分：有机硼镁盐50‑80份、有机醚类非质子极性溶剂40‑80份、阻燃剂15‑25份、SiO2 8‑15份、甘露醇3‑6份、Na2SO4 2‑4份及适量pH调节剂。有益之处在于：本发明的电池电解液具有极高的安全性能，在钉刺试验中不起火不冒烟，同时也不会发生破裂和膨胀现象，并且能够抑制内部短路时的热失控，安全性能得到大大提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种电池电解液，具体涉及一种具有高安全性的电池电解液及其制备方法；属于电池技术领域。
背景技术
电解液是锂离子电池的四大关键材料(正极、负极、隔膜、电解液)之一，号称锂离子电池的“血液”，在电池正负极之间起到传导电子的作用，是锂离子电池获得高电压、高比能等优点的保证。电解液一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐(六氟磷酸锂，LiFL6)、必要的添加剂等原料，在一定条件下，按一定比例配制而成的。
申请号为200810026705.5的发明专利公开了一种新型的锂离子电池电解液，其特点是：在普通的锂离子电池电解液中加入含有氟代有机化合物的添加剂，并且含有氟代有机化合物的添加剂的加入量为锂离子电池电解液总量的5％～10％，使用本发明所述的锂离子电池电解液，电池的放电容量和平台效率都有明显的提高，同时电池自身的内阻也有一定程度的降低，所测定的电池数据都能够有很好的一致性，用本发明制作的电池高、低温放电性能均有明显提高。但是，该电解液的稳定性较差，存在易燃、易爆等安全隐患。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有高安全性的电池电解液。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
具有高安全性的电池电解液，包括如下重量份的各组分：有机硼镁盐50-80份、有机醚类非质子极性溶剂40-80份、阻燃剂15-25份、SiO2 8-15份、甘露醇3-6份、Na2SO4 2-4份及适量pH调节剂。
优选地，前述有机醚类非质子极性溶剂选自：四氢呋喃、乙醚、丁醚、1，2-二甲氧基乙烷、二甲醚及四乙二醇二甲醚中的一种或多种的混合物。
更优选地，前述阻燃剂为颗粒状聚磷酸铵，熔点不低于120℃。
再优选地，前述SiO2为纳米颗粒物，平均粒径为80-150nm。
进一步优选地，前述pH调节剂为草酸。
此外，本发明还公开了如前所述的具有高安全性的电池电解液的制备方法，具体包括如下步骤：
S1、按重量份计，将有机硼镁盐加入有机醚类非质子极性溶剂中并搅拌使其混合均匀，用pH调节剂调节混合溶液的pH值至5.5-6.5；
S2、按重量份计，将阻燃剂投入混合溶液中并升温至50-60℃，保温静置3-8h；
S3、按重量份计，称取纳米SiO2球磨5-10h，然后与甘露醇和Na2SO4混合均匀，得到组合添加剂；
S4、将步骤S2的混合物冷却至室温，向其中加入步骤S3的组合添加剂，然后搅拌混合均匀，得到电池电解液。
优选地，前述步骤S1中，搅拌转速为600-800r/min，搅拌时间10-20min。
更优选地，前述步骤S2中，采用水浴锅实现混合溶液的保温。
再优选地，前述步骤S3中，球磨转速为2000-3000r/min，搅拌时间为20-50min。
进一步优选地，前述步骤S4中，搅拌转速为1500-2000r/min，搅拌时间为60-80min。
本发明的有益之处在于：本发明的电池电解液具有极高的安全性能，在钉刺试验中不起火不冒烟，同时也不会发生破裂和膨胀现象，并且能够抑制内部短路时的热失控，安全性能得到大大提高。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作具体的介绍。
本发明中无特殊说明，所有原料均为市购。
实施例1
本实施例的具有高安全性的电池电解液，包括如下重量份的各组分：有机硼镁盐50份、有机醚类非质子极性溶剂40份、阻燃剂15份、SiO2 8份、甘露醇3份、Na2SO4 2份及适量pH调节剂。
其中，有机醚类非质子极性溶剂选自：四氢呋喃、乙醚、丁醚、1，2-二甲氧基乙烷、二甲醚及四乙二醇二甲醚中的一种或多种的混合物；阻燃剂为颗粒状聚磷酸铵，熔点不低于120℃；SiO2为纳米颗粒物，平均粒径为80-150nm；pH调节剂为草酸。
其制备方法具体包括如下步骤：
S1、按重量份计，将有机硼镁盐加入有机醚类非质子极性溶剂中并搅拌使其混合均匀，用pH调节剂调节混合溶液的pH值至5.5-6.5；
S2、按重量份计，将阻燃剂投入混合溶液中并升温至50-60℃，保温静置3-8h；
S3、按重量份计，称取纳米SiO2球磨5-10h，然后与甘露醇和Na2SO4混合均匀，得到组合添加剂；
S4、将步骤S2的混合物冷却至室温，向其中加入步骤S3的组合添加剂，然后搅拌混合均匀，得到电池电解液。
其中，步骤S1中，搅拌转速为600-800r/min，搅拌时间10-20min；步骤S2中，采用水浴锅实现混合溶液的保温；步骤S3中，球磨转速为2000-3000r/min，搅拌时间为20-50min；步骤S4中，搅拌转速为1500-2000r/min，搅拌时间为60-80min。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于各组分的重量份数不同，具体如下：有机硼镁盐60份、有机醚类非质子极性溶剂60份、阻燃剂20份、SiO2 12份、甘露醇5份、Na2SO4 3份及适量pH调节剂。
制备方法与实施例1完全相同，本实施例中不再赘述。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于各组分的重量份数不同，具体如下：有机硼镁盐80份、有机醚类非质子极性溶剂80份、阻燃剂25份、SiO2 15份、甘露醇6份、Na2SO4 4份及适量pH调节剂。
制备方法与实施例1完全相同，本实施例中不再赘述。
对比例1
本对比例与实施例2的组分及重量份区别在于：不包含pH调节剂。
制备方法如下：
S1、按重量份计，将有机硼镁盐加入有机醚类非质子极性溶剂中并搅拌使其混合均匀；
S2、按重量份计，将阻燃剂投入混合溶液中并升温至50-60℃，保温静置3-8h；
S3、按重量份计，称取纳米SiO2球磨5-10h，然后与甘露醇和Na2SO4混合均匀，得到组合添加剂；
S4、将步骤S2的混合物冷却至室温，向其中加入步骤S3的组合添加剂，然后搅拌混合均匀，得到电池电解液。
对比例2
本对比例与实施例2的组分区别在于：不包含SiO2，具体如下：有机硼镁盐60份、有机醚类非质子极性溶剂60份、阻燃剂20份、甘露醇5份、Na2SO43份及适量pH调节剂。
制备方法具体包括如下步骤：
S1、按重量份计，将有机硼镁盐加入有机醚类非质子极性溶剂中并搅拌使其混合均匀，用pH调节剂调节混合溶液的pH值至5.5-6.5；
S2、按重量份计，将阻燃剂投入混合溶液中并升温至50-60℃，保温静置3-8h；
S3、按重量份计，称取甘露醇和Na2SO4混合均匀，得到组合添加剂；
S4、将步骤S2的混合物冷却至室温，向其中加入步骤S3的组合添加剂，然后搅拌混合均匀，得到电池电解液。
对比例3
本对比例与实施例2的组分区别在于：不包含SiO2和阻燃剂，具体如下：有机硼镁盐60份、有机醚类非质子极性溶剂60份、甘露醇5份、Na2SO4 3份及适量pH调节剂。
制备方法具体包括如下步骤：
S1、按重量份计，将有机硼镁盐加入有机醚类非质子极性溶剂中并搅拌使其混合均匀，用pH调节剂调节混合溶液的pH值至5.5-6.5；
S2、将升温至50-60℃，保温静置3-8h；
S3、按重量份计，称取甘露醇和Na2SO4混合均匀，得到组合添加剂；
S4、将步骤S2的混合物冷却至室温，向其中加入步骤S3的组合添加剂，然后搅拌混合均匀，得到电池电解液。
应用试验
将上述实施例和对比例制得的电解液应用到蓄电池中，通过钉刺试验检测蓄电池的安全性能。在钉刺试验中，首先，在25℃的环境下，在4.2-3.0V的电压范围，重复2次0.1mA/cm2的电流密度的充放电循环，并进一步将电池的充电进行至4.2V。之后，在同样25℃的温度条件下，将轴部的直径为3mm的不锈钢制的钉以0.5cm/s的速度在电池侧面的中心垂直地刺入，由此确认电池的起火(冒烟)的有无和电池的破裂、膨胀的有无，测试结果见表1。
| 起火/冒烟 | 破裂/膨胀 | 内部短路时的电池温度(℃) | |
| 实施例1 | 无 | 无 | 38 |
| 实施例2 | 无 | 无 | 42 |
| 实施例3 | 无 | 无 | 41 |
| 对比例1 | 冒烟 | 无 | 120 |
| 对比例2 | 无 | 破裂、膨胀 | 105 |
| 对比例3 | 起火 | 破裂、膨胀 | 136 |
表1实施例1-3及对比例1-3的性能测试对比
由表1可见，本发明的电池电解液具有极高的安全性能，在钉刺试验中不起火不冒烟，同时也不会发生破裂和膨胀现象，并且能够抑制内部短路时的热失控，安全性能得到大大提高。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.具有高安全性的电池电解液，其特征在于，包括如下重量份的各组分：有机硼镁盐50-80份、有机醚类非质子极性溶剂40-80份、阻燃剂15-25份、SiO2 8-15份、甘露醇3-6份、Na2SO4 2-4份及适量pH调节剂。
2.根据权利要求1所述的具有高安全性的电池电解液，其特征在于，所述有机醚类非质子极性溶剂选自：四氢呋喃、乙醚、丁醚、1，2-二甲氧基乙烷、二甲醚及四乙二醇二甲醚中的一种或多种的混合物。
3.根据权利要求1所述的具有高安全性的电池电解液，其特征在于，所述阻燃剂为颗粒状聚磷酸铵，熔点不低于120℃。
4.根据权利要求1所述的具有高安全性的电池电解液，其特征在于，所述SiO2为纳米颗粒物，平均粒径为80-150nm。
5.根据权利要求1所述的具有高安全性的电池电解液，其特征在于，所述pH调节剂为草酸。
6.如权利要求1-5任一项所述的具有高安全性的电池电解液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、按重量份计，将有机硼镁盐加入有机醚类非质子极性溶剂中并搅拌使其混合均匀，用pH调节剂调节混合溶液的pH值至5.5-6.5；
S2、按重量份计，将阻燃剂投入混合溶液中并升温至50-60℃，保温静置3-8h；
S3、按重量份计，称取纳米SiO2球磨5-10h，然后与甘露醇和Na2SO4混合均匀，得到组合添加剂；
S4、将步骤S2的混合物冷却至室温，向其中加入步骤S3的组合添加剂，然后搅拌混合均匀，得到电池电解液。
7.根据权利要求6所述的具有高安全性的电池电解液的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，搅拌转速为600-800r/min，搅拌时间10-20min。
8.根据权利要求6所述的具有高安全性的电池电解液的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，采用水浴锅实现混合溶液的保温。
9.根据权利要求6所述的具有高安全性的电池电解液的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，球磨转速为2000-3000r/min，搅拌时间为20-50min。
10.根据权利要求6所述的具有高安全性的电池电解液的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，搅拌转速为1500-2000r/min，搅拌时间为60-80min。
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