【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本申請(qǐng)涉及鋰電池電解液，尤其涉及一種用于鋰離子電池的過(guò)充安全電解液和鋰離子電池。
技術(shù)介紹
1、磷酸鐵鋰電池具有使用安全、耐高溫、低成本等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于儲(chǔ)能和動(dòng)力電池領(lǐng)域。然而，盡管磷酸鐵鋰電池具有較好安全性，當(dāng)其在過(guò)充電等電濫用的情況下，電池單體仍然存在熱失控的風(fēng)險(xiǎn)。這種風(fēng)險(xiǎn)在大容量磷酸鐵鋰方殼電池中更加突出，導(dǎo)致發(fā)生嚴(yán)重的電池起火安全事故。
2、現(xiàn)有技術(shù)中，提高磷酸鐵鋰電池的耐過(guò)充性能一般通過(guò)在電解液中添加防過(guò)充添加劑來(lái)實(shí)現(xiàn)。常見(jiàn)的防過(guò)充添加劑主要包括氧化還原對(duì)，如二茂鐵、聚吡啶、二甲基羥基苯等，其在高電壓下可在正極被氧化，氧化產(chǎn)物擴(kuò)散到負(fù)極被還原，還原產(chǎn)物再擴(kuò)散到負(fù)極被氧化。氧化還原反應(yīng)的作用原理是在電池內(nèi)部形成回路，消耗電極上積累的過(guò)量電荷，從而限制電池電壓的升高，使電池電壓保持恒定不變，達(dá)到防止電池過(guò)充電的保護(hù)目的。
3、然而，現(xiàn)有技術(shù)中采用的氧化還原對(duì)防過(guò)充添加劑，雖然通過(guò)消耗電荷和限制電壓升高的方式來(lái)進(jìn)行過(guò)充保護(hù)，但是在現(xiàn)實(shí)使用過(guò)程中，溫度還是會(huì)升高，還是會(huì)存在發(fā)生熱失控的情況，因此，目前的鋰離子的過(guò)充保護(hù)效果還需進(jìn)一步研究。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N用于鋰離子電池的過(guò)充安全電解液和鋰離子電池，以解決目前的防過(guò)充添加劑能夠無(wú)法很好的實(shí)現(xiàn)防過(guò)充保護(hù)的問(wèn)題。
2、第一方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N用于鋰離子電池的過(guò)充安全電解液，過(guò)充安全電解液的組分包括：鋰鹽、溶劑、成膜添加劑和防過(guò)充添加劑，防過(guò)充添加劑為具有環(huán)已基有機(jī)官能團(tuán)的化合物
3、通過(guò)上述方案，具有環(huán)己基有機(jī)官能團(tuán)的化合物在過(guò)充條件下發(fā)生開(kāi)環(huán)聚合反應(yīng)。這種聚合反應(yīng)導(dǎo)致聚合產(chǎn)物附著在電極表面，從而增大電池內(nèi)阻。由于聚合產(chǎn)物附著在電極表面增大了電池內(nèi)阻，這有助于抑制電流，防止電池在過(guò)充情況下繼續(xù)吸收更多的電荷，從而避免過(guò)充造成的安全問(wèn)題。由于電池內(nèi)阻可以快速的增大，對(duì)應(yīng)的，電池電壓會(huì)在短時(shí)間內(nèi)迅速升高，達(dá)到過(guò)充截止保護(hù)電壓，這樣可以避免長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)充導(dǎo)致電池溫度上升。通過(guò)迅速達(dá)到過(guò)充保護(hù)電壓，可以避免因過(guò)長(zhǎng)時(shí)間充電造成電池溫度急劇上升，從而解決了由于電池溫度急劇上升而引發(fā)的熱失控問(wèn)題，更好地保護(hù)鋰離子電池的安全。
4、在一種可能的設(shè)計(jì)中，防過(guò)充添加劑由環(huán)己基磷酸二甲酯、環(huán)己基氨基磷酸二乙酯、環(huán)己基二甲酸二甲酯、環(huán)己基乙酸乙酯中的一種或多種組成。
5、通過(guò)上述方案，環(huán)己基磷酸二甲酯、環(huán)己基氨基磷酸二乙酯、環(huán)己基二甲酸二甲酯、環(huán)己基乙酸乙酯中的任一種中含有環(huán)己基有機(jī)官能團(tuán)，根據(jù)不同情況，可以選擇其中的任一一種或者多種組合，從而形成防過(guò)充添加劑，所形成防過(guò)充添加劑中的環(huán)狀基團(tuán)可以在過(guò)充條件下發(fā)生開(kāi)環(huán)聚合反應(yīng)，聚合產(chǎn)物附著在電極表面，增大電池內(nèi)阻，從而抑制電流，解決過(guò)充造成的安全問(wèn)題。同時(shí)，這種反應(yīng)能夠迅速增大電池內(nèi)阻，使電池電壓短時(shí)間內(nèi)迅速升高達(dá)到過(guò)充截止保護(hù)電壓，避免過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的充電造成溫度上升，從而解決了由于電池溫度急劇上升而引發(fā)熱失控的問(wèn)題，更好地達(dá)到保護(hù)鋰離子電池安全的目的。
6、在一種可能的設(shè)計(jì)中，防過(guò)充添加劑為環(huán)己基磷酸二甲酯，環(huán)己基磷酸二甲酯的重量百分比為2wt％。
7、通過(guò)上述方案，環(huán)己基磷酸二甲酯作為防過(guò)充添加劑，其作用原理是在電池過(guò)充時(shí)，環(huán)狀基團(tuán)發(fā)生開(kāi)環(huán)聚合反應(yīng)，生成的聚合物附著在電極表面，增大電池內(nèi)阻，從而抑制電流，防止電池過(guò)充。這種開(kāi)環(huán)聚合反應(yīng)能夠迅速增大電池內(nèi)阻，使電池電壓短時(shí)間內(nèi)迅速升高達(dá)到過(guò)充截止保護(hù)電壓，避免過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的充電造成溫度上升，從而解決了由于電池溫度急劇上升而引發(fā)熱失控的問(wèn)題，更好地達(dá)到保護(hù)鋰離子電池安全的目的。在過(guò)充安全電解液中，環(huán)己基磷酸二甲酯的添加量為2wt％，這意味著在100克電解液中，環(huán)己基磷酸二甲酯的質(zhì)量為2克。這個(gè)添加量能夠確保電池在過(guò)充時(shí)獲得足夠的保護(hù)，同時(shí)不會(huì)對(duì)電池的正常充放電性能產(chǎn)生負(fù)面影響。
8、在一種可能的設(shè)計(jì)中，過(guò)充安全電解液中，鋰鹽的重量百分比為5wt％-30wt％、溶劑的重量百分比為70wt％-90wt％、成膜添加劑的重量百分比為0.5wt％-5wt％。
9、通過(guò)上述方案，各組分的重量百分比加起來(lái)應(yīng)該接近100％，以確保電解液的總重量是100％。這樣的設(shè)計(jì)旨在平衡電解液的電化學(xué)性能、安全性和成本效益。鋰鹽提供了必要的鋰離子，溶劑提供了離子遷移的介質(zhì)，成膜添加劑改善了電極界面，而防過(guò)充添加劑則提供了過(guò)充保護(hù)。通過(guò)精確控制各組分的比例，可以優(yōu)化電解液的性能，確保電池在正常工作和過(guò)充條件下都能保持良好的性能和安全性。
10、在一種可能的設(shè)計(jì)中，鋰鹽包括六氟磷酸鋰、雙氟磺酰亞胺鋰、雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰中的一種或多種。
11、通過(guò)上述方案，六氟磷酸鋰是鋰離子電池電解液中應(yīng)用最廣泛的鋰鹽，具有良好的離子電導(dǎo)率和電化學(xué)穩(wěn)定性。lifsi具有高穩(wěn)定性、優(yōu)異的低溫性能和環(huán)境友好性。litfsi具有適宜的導(dǎo)電率，高熱穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性，且副反應(yīng)概率小，不會(huì)產(chǎn)生腐蝕性氣體。選擇其中一種或多種作為鋰鹽，可以為電解液提供主要的鋰離子成分，負(fù)責(zé)支持電池的充放電化學(xué)反應(yīng)。
12、在一種可能的設(shè)計(jì)中，鋰鹽由六氟磷酸鋰和雙氟磺酰亞胺鋰組成，并且，六氟磷酸鋰與雙氟磺酰亞胺鋰的濃度占比為10：2。
13、通過(guò)上述方案，選擇六氟磷酸鋰(lipf6)和雙氟磺酰亞胺鋰(lifsi)組成鋰鹽，考慮了兩種鋰鹽的協(xié)同效果，六氟磷酸鋰(lipf6)是目前鋰離子電池中最常用的鋰鹽，因其良好的離子導(dǎo)電性和成本效益而被廣泛使用。然而，lipf6在高溫下不夠穩(wěn)定，且可能與水反應(yīng)生成有害的氫氟酸(hf)。雙氟磺酰亞胺鋰(lifsi)則以其更好的熱穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性而聞名，但可能對(duì)鋁集流體有腐蝕性。混合鋰鹽電解液會(huì)改善電池的電化學(xué)性能，如降低電荷轉(zhuǎn)移電阻和減少自放電，從而提高電池的效率和循環(huán)穩(wěn)定性，lifsi的加入可能有助于減少高溫下氣體的產(chǎn)生，提高電池的安全性。同時(shí)，lifsi形成的sei膜可能更薄、更均勻，有助于減小枝晶對(duì)電池結(jié)構(gòu)的破壞，提升穩(wěn)定性。通過(guò)將lipf6和lifsi以10:2的比例混合，可以期望利用lifsi的高穩(wěn)定性來(lái)彌補(bǔ)lipf6在高溫下的不足，同時(shí)保持lipf6的成本效益。這種比例可能有助于在不犧牲太多成本的情況下提高電解液的整體性能。
14、在一種可能的設(shè)計(jì)中，溶劑包括環(huán)狀碳酸乙烯酯、環(huán)狀碳酸丙烯酯、鏈狀碳酸二甲酯、鏈狀碳酸甲乙酯、鏈狀碳酸二乙酯、乙酸乙酯、丁酸甲酯中的一種或多種。
15、通過(guò)上述方案，溶劑的選擇包括環(huán)狀碳酸乙烯酯(ec)、環(huán)狀碳酸丙烯酯(pc)、鏈狀碳酸二甲酯(dmc)、鏈狀碳酸甲乙酯(emc)、鏈狀碳酸二乙酯(dec)、乙酸乙酯(ea)、丁酸甲酯(mb)中的一種或多種，作為運(yùn)輸鋰離子的載體，對(duì)電解質(zhì)鹽進(jìn)行溶劑化作用，保證鋰離子的傳輸。其中，ec是一種環(huán)狀碳酸酯，具有高介電常數(shù)，使得鋰鹽更易溶解。在鋰電池電解液中，ec可以作為高電容率的本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種用于鋰離子電池的過(guò)充安全電解液，所述過(guò)充安全電解液的組分包括：鋰鹽、溶劑、成膜添加劑和防過(guò)充添加劑，其特征在于：所述防過(guò)充添加劑為具有環(huán)已基有機(jī)官能團(tuán)的化合物，其中，所述防過(guò)充添加劑的在所述過(guò)充安全電解液中的重量百分比為0.5wt％-5wt％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過(guò)充安全電解液，其特征在于，所述防過(guò)充添加劑由環(huán)己基磷酸二甲酯、環(huán)己基氨基磷酸二乙酯、環(huán)己基二甲酸二甲酯、環(huán)己基乙酸乙酯中的一種或多種組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的過(guò)充安全電解液，其特征在于，所述防過(guò)充添加劑為環(huán)己基磷酸二甲酯，所述環(huán)己基磷酸二甲酯的重量百分比為2wt％。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的過(guò)充安全電解液，其特征在于，根據(jù)權(quán)利要求1所述的過(guò)充安全電解液，其特征在于，所述過(guò)充安全電解液中，所述鋰鹽的重量百分比為5wt％-30wt％；所述溶劑的重量百分比為70wt％-90wt％；所述成膜添加劑的重量百分比為0.5wt％-5wt％。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的過(guò)充安全電解液，其特征在于，所述鋰鹽包括六氟磷酸鋰、雙氟磺酰亞胺鋰、雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰中的一種或多種
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的過(guò)充安全電解液，其特征在于，所述鋰鹽由六氟磷酸鋰和雙氟磺酰亞胺鋰組成，并且，所述六氟磷酸鋰與雙氟磺酰亞胺鋰的濃度占比為10：2。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的過(guò)充安全電解液，其特征在于，所述溶劑包括環(huán)狀碳酸乙烯酯、環(huán)狀碳酸丙烯酯、鏈狀碳酸二甲酯、鏈狀碳酸甲乙酯、鏈狀碳酸二乙酯、乙酸乙酯、丁酸甲酯中的一種或多種。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的過(guò)充安全電解液，其特征在于，所述溶劑由環(huán)狀碳酸乙烯酯、鏈狀碳酸甲乙酯和鏈狀碳酸二甲酯組成，并且，所述溶劑由環(huán)狀碳酸乙烯酯、鏈狀碳酸甲乙酯和鏈狀碳酸二甲酯的濃度占比為3：3：4。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的過(guò)充安全電解液，其特征在于，所述成膜添加劑包括碳酸亞乙烯酯、碳酸乙烯亞乙酯、亞硫酸乙烯酯、亞硫酸丙烯酯、γ-丁內(nèi)酯、己二腈中的一種或多種。
10.一種鋰離子電池，其特征在于，包括正極材料、負(fù)極材料，隔膜材料以及權(quán)利要求1～9任一項(xiàng)所述的過(guò)充安全電解液。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于鋰離子電池的過(guò)充安全電解液，所述過(guò)充安全電解液的組分包括：鋰鹽、溶劑、成膜添加劑和防過(guò)充添加劑，其特征在于：所述防過(guò)充添加劑為具有環(huán)已基有機(jī)官能團(tuán)的化合物，其中，所述防過(guò)充添加劑的在所述過(guò)充安全電解液中的重量百分比為0.5wt％-5wt％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過(guò)充安全電解液，其特征在于，所述防過(guò)充添加劑由環(huán)己基磷酸二甲酯、環(huán)己基氨基磷酸二乙酯、環(huán)己基二甲酸二甲酯、環(huán)己基乙酸乙酯中的一種或多種組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的過(guò)充安全電解液，其特征在于，所述防過(guò)充添加劑為環(huán)己基磷酸二甲酯，所述環(huán)己基磷酸二甲酯的重量百分比為2wt％。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的過(guò)充安全電解液，其特征在于，根據(jù)權(quán)利要求1所述的過(guò)充安全電解液，其特征在于，所述過(guò)充安全電解液中，所述鋰鹽的重量百分比為5wt％-30wt％；所述溶劑的重量百分比為70wt％-90wt％；所述成膜添加劑的重量百分比為0.5wt％-5wt％。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的過(guò)充安全電解液，其特征在于，所述鋰鹽包括六氟...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王寶俊，繆志強(qiáng)，張曉華，余葉劍，周世旭，黃海寧，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：蘭鈞新能源科技有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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