CN109904457A - 一种锂离子电池电解液用阻燃添加剂及应用 - Google Patents

一种锂离子电池电解液用阻燃添加剂及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池电解液用阻燃添加剂及应用，所述阻燃添加剂为由十二烷基苯磺酸与六氯环三磷腈进行取代反应后生成的十二烷基苯磺酰基环三磷腈。本发明中的阻燃添加剂中含有大量的P、N两种元素，其不可燃性，有效提高了锂离子电池电解液的阻燃性能；阻燃添加剂中苯环上存在的2‑磺基和4‑十二烷基，有效的降低了锂离子电池电解液的表面张力，进一步提高了电解液的浸润性能，保证了锂离子电池的性能满足使用要求。

Description

一种锂离子电池电解液用阻燃添加剂及应用
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，特别是一种生产锂离子电池使用的电解液用添加剂及其应用。
背景技术
锂离子电池自从商业化应用后，其以电压高、比能量大、循环寿命长、安全性能好、自放电小、可快速充放电的优点而得到迅速发展，目前，锂离子电池已经广泛应用于手机、笔记本电脑、数码相机等电子产品，还作为动力型电池应用于电动工具、电动自行车和电动汽车上，为了使锂离子电池更好的应用于生活生产中，人们对锂离子电池的基础研究和应用研究越来越关注。
但是随着技术的发展，人们对电池的要求越来越严格，特别是动力型锂离子电池的广泛应用，2014到2015年间发生多起因为电池原因导致的汽车爆炸、自燃事故，使得锂离子电池的安全性能越来越被人们所重视。目前所使用的阻燃添加剂存在粘度过大，使得电解液的浸润性能差，对电池的性能造成较大的影响。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种锂离子电池电解液用的添加剂，在保证电解液浸润性能的基础上，提高电解液乃至锂离子电池的阻燃性能。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
一种锂离子电池电解液用阻燃添加剂，所述阻燃添加剂为由十二烷基苯磺酸与六氯环三磷腈进行取代反应后生成的十二烷基苯磺酰基环三磷腈，其结构式为：
一种锂离子电池电解液用阻燃添加剂的应用，所述阻燃添加剂应用于锂离子电池电解液中，所述电解液包括锂盐、有机溶剂和十二烷基苯磺酰基环三磷腈，所述十二烷基苯磺酰基环三磷腈占电解液总质量分数的3％-5％。
上述锂离子电池电解液用阻燃添加剂的应用，所述锂盐为六氟磷酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂和双(氟磺酰)亚胺锂中的一种或几种。
上述锂离子电池电解液用阻燃添加剂的应用，所述锂盐浓度为0.5mol/L～2mol/L。
上述锂离子电池电解液用阻燃添加剂的应用，所述有机溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和乙酸乙酯中的两种或两种以上组合。
由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。
本发明中的阻燃添加剂中含有大量的P、N两种元素，其不可燃性，有效提高了锂离子电池电解液的阻燃性能；添加剂中苯环上存在的2-磺基和4-十二烷基，有效的降低了锂离子电池电解液的表面张力，进一步提高了电解液的浸润性能，保证锂离子电池的性能满足使用要求。
具体实施方式
本发明提供一种锂离子电池电解液用阻燃添加剂，所述阻燃添加剂为十二烷基苯磺酰基环三磷腈，由十二烷基苯磺酸与六氯环三磷腈进行取代反应后生成，十二烷基苯磺酰基环三磷腈的结构式为：
上述锂离子电池电解液用阻燃添加剂的应用，所述阻燃添加剂应用于锂离子电池电解液中，所述电解液包括锂盐、有机溶剂和十二烷基苯磺酰基环三磷腈，所述十二烷基苯磺酰基环三磷腈占电解液总质量分数的3％-5％。其中，锂盐为六氟磷酸锂(LiPF6)、高氯酸锂(LiClO4)、四氟硼酸锂(LiBF4)、双草酸硼酸锂(LiBOB)、双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTSFI)、双(氟磺酰)亚胺锂(LiFSI)中的一种或几种；锂盐浓度为0.5mol/L～2mol/L。所述有机溶剂碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、乙酸乙酯(EA)中的两种或两种以上组合。
下面将结合具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
实施例1
在水分≤10ppm的封闭环境条件下，将33g碳酸二乙酯、34g碳酸乙烯酯、33g碳酸甲乙酯进行精制，提纯成混合有机溶剂，取上述混合有机溶剂77g，加入14g六氟磷酸锂以及2.7g十二烷基苯磺酰基环三磷腈，搅拌均匀，得到锂离子电池电解液。
实施例2
在水分≤10ppm的封闭环境条件下，将33g碳酸二乙酯、34g碳酸乙烯酯、33g碳酸甲乙酯进行精制，提纯成混合有机溶剂，取上述混合有机溶剂77g，加入14g六氟磷酸锂以及3.6g十二烷基苯磺酰基环三磷腈，搅拌均匀，得到锂离子电池电解液。
实施例3
在水分≤10ppm的封闭环境条件下，将33g碳酸二乙酯、34g碳酸乙烯酯、33g碳酸甲乙酯进行精制，提纯成混合有机溶剂，取上述混合有机溶剂77g，加入14g六氟磷酸锂以及4.1g十二烷基苯磺酰基环三磷腈，搅拌均匀，得到锂离子电池电解液。
实施例4
在水分≤10ppm的封闭环境条件下，将33g碳酸二乙酯、34g碳酸乙烯酯、33g碳酸甲乙酯进行精制，提纯成混合有机溶剂，取上述混合有机溶剂77g，加入14g六氟磷酸锂以及4.6g十二烷基苯磺酰基环三磷腈，搅拌均匀，得到锂离子电池电解液。
对比例
在水分≤10ppm的封闭环境条件下，将33g碳酸二乙酯、34g碳酸乙烯酯、33g碳酸甲乙酯进行精制，提纯成混合有机溶剂，取上述混合有机溶剂77g，加入14g六氟磷酸锂，搅拌均匀，得到锂离子电池电解液。
测试时，将对比例和实施例1至4制备的锂离子电池电解液注入到同一批次4Ah软包电池中进行测试，测试的主要指标为电池的保液量和安全性能。其中，电池保液量的测试结果如表1所示，电池安全性能的测试结果表2所示，电池循环性能的测试结果如表3所示。
表1
项目 注液量 保液量
比较例 3.745 3.172
实施例1 3.737 3.432
实施例2 3.740 3.478
实施例3 3.719 3.421
实施例4 3.739 3.429
表2
项目 针刺
比较例 起火
实施例1 不起火
实施例2 不起火
实施例3 不起火
实施例4 不起火
表3
项目 首次容量 500周循环容量保持率
比较例 4189 86.45％
实施例1 4135 86.24％
实施例2 4154 86.34％.
实施例3 4131 86.21％
实施例4 4123 86.12％
从表1可以看出，添加了本发明的阻燃添加剂的电解液其电池保液量相对于对比例来说提高显著，说明电解液的浸润性得到了大幅提高；从表2可以看出，添加了本发明的阻燃添加剂的电解液其安全性能优于对比例，说明电解液的安全性能得到了很大提高，避免了使用过程中出现起火现象；从表3可以看出，添加了本发明的阻燃添加剂的电解液其循环性能与对比例不差上下，说明本发明添加剂在锂离子电池电解液中的应用不会对电解液的循环性能产生负面影响。

Claims (5)

1.一种锂离子电池电解液用阻燃添加剂，其特征在于：所述阻燃添加剂为由十二烷基苯磺酸与六氯环三磷腈进行取代反应后生成的十二烷基苯磺酰基环三磷腈，其结构式为：
2.一种权利要求1所述锂离子电池电解液用阻燃添加剂的应用，其特征在于：所述阻燃添加剂应用于锂离子电池电解液中，所述电解液包括锂盐、有机溶剂和十二烷基苯磺酰基环三磷腈，所述十二烷基苯磺酰基环三磷腈占电解液总质量分数的3％-5％。
3.根据权利要求2所述的锂离子电池电解液用阻燃添加剂的应用，其特征在于：所述锂盐为六氟磷酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂和双(氟磺酰)亚胺锂中的一种或几种。
4.根据权利要求3所述的锂离子电池电解液用阻燃添加剂的应用，其特征在于：所述锂盐浓度为0.5mol/L～2mol/L。
5.根据权利要求2所述的锂离子电池电解液用阻燃添加剂的应用，其特征在于：所述有机溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和乙酸乙酯中的两种或两种以上组合。
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