CN108808088A - 一种防过充锂电池电解液及锂电池、锂电池制备方法 - Google Patents

一种防过充锂电池电解液及锂电池、锂电池制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种防过充锂电池电解液及锂电池、锂电池制备方法，该电解液包括由溶质、有机溶剂形成的浓度为0.5‑1.5mol/L混合液，及质量百分比占溶质与有机溶剂质量之和的0.1％‑5％过充添加剂、0.01％‑5％黄酮类化合物、0.1％‑5％阻燃剂；锂电池制备方法包括在电池涂布时，单面面密度20‑30mg/cm2；叠片使用15‑40μm陶瓷涂敷无纺布隔膜；及使用上述电解液。本发明通过提高面密度，增加了锂离子的移动距离，适当增加了电芯的阻抗，降低热失控过程中正极片的副反应，减慢极片失控的速度，提高电芯的安全性能。

Description

一种防过充锂电池电解液及锂电池、锂电池制备方法
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，特别涉及一种防过充锂电池电解液及锂电池、锂电池制备方法。
背景技术
当锂离子电池过充时，锂离子电池正负极会超负荷，因此会产生一系列副反应。正极电位过高易氧化电解液中的非水有机溶剂，但在过充时氧化非水溶剂放出的热量远远大于常规充放电所释放的热量；并且在过充到一定程度时，负极表面会发生锂的沉积，这会使电池的性能急剧下降，严重时更会发生热量的大面积扩散、电池内部短路等问题，增加了电池起火爆炸的可能性。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种防过充锂电池电解液及锂电池、锂电池制备方法。
首先，本发明提供一种防过充锂电池电解液，包括：由溶质、有机溶剂形成的浓度为0.5-1.5mol/L混合液，及质量百分比占溶质与有机溶剂质量之和的0.1％-5％苯的衍生物、0.01％-5％黄酮类化合物、0.1％-5％阻燃剂。
优选地，所述溶质选自六氟磷酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、双氟草酸硼酸锂、二(三氟甲基磺酰)亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂盐中的一种或多种。
优选地，所述有机溶剂选自乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、γ-丁内酯、γ-戊内酯、δ-戊内酯、ε-己内酯、作碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯中的一种或多种。
优选地，所述过充添加剂为苯的衍生物。
优选地，所述黄酮类化合物为芦丁、黄岑素、黄芩苷中的一种或几种。
优选地，所述阻燃剂为六甲氧基环三磷腈、磷酸二苯甲苯酯、1-炔基膦酸酯中的一种或几种。
本发明还提供一种防过充锂电池，其采用上述的防过充电解液。
优选地，该防过充锂电池包括陶瓷涂敷无纺布隔膜。
进一步地，该无纺布隔膜的厚度为15-40μm，陶瓷层厚度为1-6μm，陶瓷为三氧化二铝。
本发明再提供一种防过充锂电池的制备方法，包括如下步骤：
(1)、在电池涂布时，单面面密度20-30mg/cm2；
(2)、按电芯的生产流程完成辊压、模切；
(3)、叠片使用15-40μm陶瓷涂敷无纺布隔膜；
(4)、按照电芯生产工艺进行点焊封装烘烤；
(5)、电解液制备
电解液的溶质浓度为0.5-1.5mol/L，其溶质选自六氟磷酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、双氟草酸硼酸锂、二(三氟甲基磺酰)亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂盐中的一种或多种；
有机溶剂为乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、γ-丁内酯、γ-戊内酯、δ-戊内酯、ε-己内酯、作碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯中的一种或多种；
该电解液还包括占溶质与有机溶剂质量之和的0.1％-5％过充添加剂、0.01％-5％黄酮类化合物、0.1-5％阻燃剂；
(6)、对烘烤后的电芯注入上述电解液，按工艺完成电芯的制作。
采用本发明的技术方案，具有以下有益效果：
(1)、通过提高面密度，增加了锂离子的移动距离，适当增加了电芯的阻抗，降低热失控过程中正极片的副反应，减慢极片失控的速度，提高电芯的安全性能；
(2)、通过过充添加剂和黄酮化合物的协同作用，减慢在过充条件下，电池发生急剧的热失控，保护电芯。在高电压条件下，过充添加剂聚合，造成电芯内部微短路，降低了电芯继续过充的风险，而黄酮类化合物吸收正极材料释放出来的氧自由基，防止其引起电解液和其他电池材料的连锁反应，保护电芯不会发生热失控，提升电芯的安全性能；
(3)、通过阻燃剂和无纺布隔膜的协同作用，解决了热失控条件下，由于隔膜收缩造成电芯内部短路引起电芯着火，而阻燃剂则在极端情况下保护电解液防止其起火燃烧。两者相互配合下，电芯基本上杜绝起火的可能性。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进一步说明。
首先，本发明的电解液组成如下：
溶质：选自六氟磷酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、双氟草酸硼酸锂、二(三氟甲基磺酰)亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂盐中的一种或多种；
有机溶剂：选自乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、γ-丁内酯、γ-戊内酯、δ-戊内酯、ε-己内酯、作碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯中的一种或多种；
其中，由溶质、有机溶剂形成的浓度为0.5-1.5mol/L混合液；
还包括占上述混合液质量份数的添加剂：0.1％-5％过充添加剂、0.01％-5％黄酮类化合物、0.1％-5％阻燃剂，其中，过充添加剂优选苯的衍生物。
以下为包括上述电解液的锂电池的具体制备方法的实施例：
实施例1
①在电池涂布时，单面面密度22mg/cm2；
②按电芯的生产流程完成辊压、模切；
③叠片使用(16+4)μm陶瓷涂覆无纺布隔膜；
④按照电芯生产工艺进行点焊封装烘烤；
⑤电解液制备：
电解液以1.1mol/L六氟磷酸锂为溶质，以EC、EMC、DMC体积比例为1：1：1为有机溶剂，加入苯的衍生物联苯(1.5％)、黄酮类化合物芦丁(0.02％)、以及阻燃剂六甲氧基环三磷腈(0.5％)作为添加剂；
⑥对烘烤后的电芯注入上述电解液，按工艺完成电芯的制作。
实施例2：
①在电池涂布时，单面面密度22mg/cm2；
②按电芯的生产流程完成辊压、模切；
③叠片使用(16+4)μm陶瓷涂覆无纺布隔膜；
④按照电芯生产工艺进行点焊封装烘烤；
⑤电解液制备：
电解液以1.1mol/L六氟磷酸锂为溶质，以体积比为1：1：1的EC、EMC、DMC的混合物为有机溶剂，加入苯的衍生物联苯(1.5％)、黄酮类化合物芦丁(0.04％)、以及阻燃剂六甲氧基环三磷腈(1％)作为添加剂；
⑥对烘烤后的电芯注入上述电解液，按工艺完成电芯的制作。
实施例3：
①在电池涂布时，单面面密度22mg/cm2；
②按电芯的生产流程完成辊压、模切；
③叠片使用(16+4)μm陶瓷涂覆无纺布隔膜；
④按照电芯生产工艺进行点焊封装烘烤；
⑤电解液制备：
电解液以1.1mol/L六氟磷酸锂为溶质，以EC、EMC、DMC比例为1：1：1为有机溶剂，加入苯的衍生物联苯(1.5％)、黄酮类化合物芦丁(0.05％)、以及阻燃剂六甲氧基环三磷腈(1.5％)作为添加剂；
⑥对烘烤后的电芯注入上述电解液，按工艺完成电芯的制作。
对照例1：
①在电池涂布时，单面面密度18mg/cm2；
②按电芯的生产流程完成辊压、模切；
③叠片使用(16+4)μm湿法PP隔膜；
④按照电芯生产工艺进行点焊封装烘烤；
⑤电解液制备：电解液以1.1mol/L六氟磷酸锂为溶质，以EC、EMC、DMC体积比例为1：1：1为溶剂；
⑥对烘烤后的电芯注入上述电解液，按工艺完成电芯的制作。
对照例2：
①在电池涂布时，单面面密度22mg/cm2；
②按电芯的生产流程完成辊压、模切；
③叠片使用(16+4)μm陶瓷涂覆无纺布隔膜；
④按照电芯生产工艺进行点焊封装烘烤；
⑤电解液制备：电解液以1.1mol/L六氟磷酸锂为溶质，以EC、EMC、DMC体积比例为1：1：1为溶剂；
⑥对烘烤后的电芯注入上述电解液，按工艺完成电芯的制作。
表1
由表1结果可知，按本发明制造的电芯，安全性能极大的提升，能够满足日常使用的要求。使用本发明制备的电芯都能通过安全测试，达到了预期的目标。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种防过充锂电池电解液，其特征在于，包括：由溶质、有机溶剂形成的浓度为0.5-1.5mol/L混合液，及质量百分比占溶质与有机溶剂质量之和的0.1％-5％过充添加剂、0．01％-5％黄酮类化合物、0.1％－5％阻燃剂。
2.根据权利要求1所述的防过充锂电池电解液，其特征在于，所述溶质选自六氟磷酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、双氟草酸硼酸锂、二(三氟甲基磺酰)亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂盐中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的防过充锂电池电解液，其特征在于，所述有机溶剂选自乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、γ-丁内酯、γ-戊内酯、δ-戊内酯、ε-己内酯、作碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的防过充锂电池电解液，其特征在于，所述过充添加剂为苯的衍生物。
5.根据权利要求1所述的防过充锂电池电解液，其特征在于，所述黄酮类化合物为芦丁、黄岑素、黄芩苷中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的防过充锂电池电解液，其特征在于，所述阻燃剂为六甲氧基环三磷腈、磷酸二苯甲苯酯、1-炔基膦酸酯中的一种或几种。
7.一种防过充锂电池，其特征在于，包括权利要求1-6所述的电解液。
8.根据权利要求7所述的防过充锂电池，其特征在于，该防过充锂电池包括陶瓷涂敷无纺布隔膜。
9.根据权利要求8所述的防过充锂电池，其特征在于，该陶瓷涂敷无纺布隔膜的厚度为15-40μm，陶瓷层厚度为1-6μm，陶瓷为三氧化二铝。
10.一种防过充锂电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)、在电池涂布时，单面面密度20-30mg/cm2；
(2)、按电芯的生产流程完成辊压、模切；
(3)、叠片使用15-40μm陶瓷涂敷无纺布隔膜；
(4)、按照电芯生产工艺进行点焊封装烘烤；
(5)、电解液制备
电解液的溶质浓度为0.5-1.5mol/L，其溶质选自六氟磷酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、双氟草酸硼酸锂、二(三氟甲基磺酰)亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂盐中的一种或多种；
有机溶剂为乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、γ-丁内酯、γ-戊内酯、δ-戊内酯、ε-己内酯、作碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯中的一种或多种；
该电解液还包括占溶质与有机溶剂质量之和的0.1％-5％过充添加剂、0.01％-5％黄酮类化合物、0.1-5％阻燃剂；
(6)、对烘烤后的电芯注入上述电解液，按工艺完成电芯的制作。
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