專(zhuān)利名稱(chēng)：一種鋰離子電池電解液及含有該電解液的鋰離子電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池領(lǐng)域，尤其涉及一種鋰離子電池電解液及含有該電解液的鋰離子電池。
背景技術(shù)：
近幾年來(lái)，鋰離子電池以其較高的能量密度和良好的循環(huán)性能成為研究的熱點(diǎn)。 然而鋰離子電池在一些不正當(dāng)?shù)氖褂貌僮骱笕缂訜?、短路、熱沖擊或者長(zhǎng)時(shí)間使用等，會(huì)產(chǎn)生熱失控、內(nèi)壓升高等安全性問(wèn)題，嚴(yán)重的最終導(dǎo)致電池爆炸、起火等問(wèn)題，在一定程度上限制了鋰離子電池的廣泛應(yīng)用。而這些問(wèn)題的產(chǎn)生都和電解液的性質(zhì)有著密切聯(lián)系。目前，為了防止由電池過(guò)熱而產(chǎn)生的一些安全隱患，研究者們通過(guò)電極改性技術(shù)來(lái)改善電池的安全性能，大多通過(guò)采用極片涂層技術(shù)來(lái)減少電池?zé)崃繉?duì)材料及電解液的影響，進(jìn)而提高電池的安全性能。然而極片涂層技術(shù)會(huì)堵塞部分鋰離子的通道，使電解液不能浸潤(rùn)到電極，影響鋰離子的Li+的脫嵌，導(dǎo)致電池的倍率性能下降。此外，為了改善電池的安全性能，鋰離子電池中起到安全保護(hù)作用的隔膜也受到了人們的關(guān)注。研究者從隔膜入手，研制出耐熱性隔膜，在很大程度上提高了電池的安全性能。然而在電池發(fā)生短路時(shí)，電池的熱量會(huì)瞬間上升到100-200°C，而耐熱性隔膜孔隙的熱關(guān)閉溫度為130-150°C，在電池?zé)崃康陀诟裟た紫兜臒彡P(guān)閉溫度時(shí)，會(huì)出現(xiàn)隔膜還未來(lái)得及熱關(guān)閉卻已經(jīng)引起了自身的收縮，導(dǎo)致電池正負(fù)極接觸反而使熱失控現(xiàn)象加劇，因此無(wú)法達(dá)到保護(hù)電池、提高安全性的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例提供一種鋰離子電池電解液及含有該電解液的鋰離子電池，在出現(xiàn)熱失控問(wèn)題時(shí)，能夠減少熱量的進(jìn)一步產(chǎn)生，從而提高電池的安全性能。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例采用如下技術(shù)方案一種鋰離子電池電解液，包括鋰鹽、非水有機(jī)溶劑、成膜添加劑和熱固性材料；當(dāng)所述鋰離子電池電解液達(dá)到規(guī)定溫度時(shí)，所述熱固性材料在電解液中轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)。一種鋰離子電池，所述鋰離子電池包括上述鋰離子電池電解液。本發(fā)明實(shí)施例提供的鋰離子電池電解液及含有該電解液的鋰離子電池，電解液中含有熱固性材料，能夠在電解液達(dá)到規(guī)定溫度時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)。當(dāng)電池發(fā)生熱失控等安全問(wèn)題時(shí)，電解液在熱失控后達(dá)到規(guī)定溫度，此時(shí)熱固性材料轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)，堵塞鋰離子通道，增大電池內(nèi)阻，使電池形成斷路，及時(shí)減少熱量的進(jìn)一步產(chǎn)生，從而提高電池的安全性能。


為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I為實(shí)施例I中酚醛樹(shù)脂的分子結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為實(shí)施例2中氨基三嗪酚醛樹(shù)脂的分子結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。本發(fā)明實(shí)施例提供了一種鋰離子電池電解液，包括鋰鹽、非水有機(jī)溶劑、成膜添加劑和熱固性材料；當(dāng)所述鋰離子電池電解液達(dá)到規(guī)定溫度時(shí)，所述熱固性材料在電解液中轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)。其中，熱固性材料是指在受熱條件下能固化而具有不溶及不熔特性的材料。需要說(shuō)明的是，在鋰離子電池正常的使用及存儲(chǔ)溫度范圍內(nèi)，鋰離子電池維持正常的工作，能夠有效保證安全性。但是在鋰離子電池出現(xiàn)短路等熱失控問(wèn)題時(shí)，由于熱量和溫度的急劇上升，嚴(yán)重的有可能引起電池起火、爆炸等安全問(wèn)題。為了有效避免上述安全問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例提供的鋰離子電池電解液，在電解液中加入了熱固性材料，熱固性材料能夠在電解液達(dá)到規(guī)定溫度時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)。需要說(shuō)明的是，所述規(guī)定溫度為電池出現(xiàn)安全隱患的臨界溫度，根據(jù)電池的性能和安全級(jí)別的差別，不同電池對(duì)應(yīng)的所述規(guī)定溫度可能相同也可能不同，在本發(fā)明實(shí)施例提供的鋰離子電池電解液的溫度低于所述規(guī)定溫度時(shí)，所述熱固性材料呈液態(tài)，不影響鋰離子電池的循環(huán)及充放電性能；而達(dá)到或高于所述規(guī)定溫度時(shí)，所述熱固化材料將固化轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)。這樣，當(dāng)電池發(fā)生熱失控等安全問(wèn)題時(shí)，電解液在熱失控后達(dá)到規(guī)定溫度，此時(shí)熱固性材料轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)，固態(tài)的熱固性材料將堵塞鋰離子通道，增大電池內(nèi)阻，使電池形成斷路，及時(shí)減少熱量的進(jìn)一步產(chǎn)生，從而有效避免電池的安全問(wèn)題，提高電池的安全性能?？蛇x的，本發(fā)明實(shí)施例提供的鋰離子電池電解液，所述規(guī)定溫度為80-150°C。當(dāng)然，規(guī)定溫度的具體數(shù)值可以根據(jù)電池的實(shí)際工作溫度及所需達(dá)到的安全級(jí)別等由本領(lǐng)域技術(shù)人員進(jìn)行確定?？蛇x的，本發(fā)明實(shí)施例提供的鋰離子電池電解液，所述熱固性材料選自酚醛樹(shù)脂、 環(huán)氧樹(shù)脂、氨基樹(shù)脂、不飽和聚酯和硅醚樹(shù)脂中的一種或幾種。為了進(jìn)一步提供電解液的性能，所述熱固性材料的含量?jī)?yōu)選為電解液總重量的 O. 1-50%。當(dāng)然，本發(fā)明實(shí)施例對(duì)熱固性材料的具體種類(lèi)及其含量不作限定，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)公知常識(shí)或常用技術(shù)手段進(jìn)行具體選定。進(jìn)一步的，為了進(jìn)一步提高電池的安全性能，本發(fā)明實(shí)施例提供的鋰離子電池電解液還包括固化劑。其中，固化劑又名硬化劑、熟化劑或變定劑，是一類(lèi)能夠增進(jìn)或控制固化反應(yīng)的物質(zhì)或混合物。固化劑能夠配合熱固性材料達(dá)到更好的固化效果?？蛇x的，所述固化劑選自胺類(lèi)固化劑、酸酐類(lèi)固化劑、含有無(wú)機(jī)元素的高分子固化劑、過(guò)氧化環(huán)己酮和過(guò)氧化二苯甲酰中的一種或幾種。其中，含有無(wú)機(jī)元素的高分子固化劑中的無(wú)機(jī)元素包括P、Si、B、F和Mg等。本發(fā)明實(shí)施例對(duì)固化劑的具體種類(lèi)及其含量不作限定，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)公知常識(shí)或常用技術(shù)手段進(jìn)行具體選定?？蛇x的，本發(fā)明實(shí)施例提供的鋰離子電池電解液，所述鋰鹽選自LiPF6、LiBF4, LiClO4, LiPF3(CF2CF3)3、LiCF3SO3和LiBOB中的一種或幾種。本發(fā)明實(shí)施例對(duì)此不作限定， 本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)公知常識(shí)或常用技術(shù)手段進(jìn)行具體選定?？蛇x的，本發(fā)明實(shí)施例提供的鋰離子電池電解液，所述非水有機(jī)溶劑選自碳酸酯、 碳酸酯鹵代衍生物、酯、醚和酮中的一種或幾種。為了進(jìn)一步提供電解液的性能，所述非水有機(jī)溶劑的含量?jī)?yōu)選為電解液總重量的 40-80%。本發(fā)明實(shí)施例對(duì)非水有機(jī)溶劑的具體種類(lèi)及其含量不作限定，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)公知常識(shí)或常用技術(shù)手段進(jìn)行具體選定。可選的，本發(fā)明實(shí)施例提供的鋰離子電池電解液，所述成膜添加劑選自碳酸亞乙烯酯、碳酸乙烯亞乙酯、1，3_磺酸丙內(nèi)酯和1，4_磺酸丁內(nèi)酯中的一種或幾種。為了進(jìn)一步提供電解液的性能，所述成膜添加劑的含量?jī)?yōu)選為電解液總重量的 O. 1-10%。本發(fā)明實(shí)施例對(duì)成膜添加劑的具體種類(lèi)及其含量不作限定，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)公知常識(shí)或常用技術(shù)手段進(jìn)行具體選定。本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種鋰離子電池，所述鋰離子電池包括上述鋰離子電池電解液。本發(fā)明實(shí)施例提供的鋰離子電池可以采用公知的用于制備鋰離子電池的方法利用上述鋰離子電池電解液進(jìn)行制備。由于本發(fā)明只涉及對(duì)鋰離子電池電解液的改進(jìn)，因此對(duì)鋰離子電池的其他結(jié)構(gòu)和組成沒(méi)有特別限制。本發(fā)明實(shí)施例提供的鋰離子電池，電解液中含有熱固性材料，能夠在電解液達(dá)到規(guī)定溫度時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)。當(dāng)電池發(fā)生熱失控等安全問(wèn)題時(shí)，電解液在熱失控后達(dá)到規(guī)定溫度，此時(shí)熱固性材料轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)，堵塞鋰離子通道，增大電池內(nèi)阻，使電池形成斷路，及時(shí)減少熱量的進(jìn)一步產(chǎn)生，從而提高電池的安全性能。為了更好的說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例提供的鋰離子電池電解液及含有該電解液的鋰離子電池，下面以具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例I鋰離子電池電解液的制備將鋰鹽LiPF6溶于碳酸乙烯酯(EC)碳酸甲乙酯(EMC)碳酸二甲酯(DMC)= 1:1: I (質(zhì)量比)的混合溶劑中得到lrnol/L的溶液，然后加入電解液總重量2%的碳酸亞乙烯酯(VC)、加入電解液總重量3%的酚醛樹(shù)脂，即制得電解液，記為Al。圖I示出了酚醛樹(shù)脂的分子結(jié)構(gòu)示意圖。鋰離子電池的制備采用公知的制備鋰離子電池的方法，利用上述制得的電解液Al制備鋰離子電池，記為BI。實(shí)施例2鋰離子電池電解液的制備將鋰鹽LiPF6溶于碳酸乙烯酯(EC)碳酸甲乙酯(EMC)碳酸二甲酯(DMC)= 1:1: I (質(zhì)量比)的混合溶劑中得到lmol/L的溶液，然后加入電解液總重量2%的碳酸亞乙烯酯(VC)、加入電解液總重量3%的氨基三嗪酚醛樹(shù)脂，即制得電解液，記為A2。圖2 示出了氨基三嗪酚醛樹(shù)脂的分子結(jié)構(gòu)示意圖。鋰離子電池的制備采用與實(shí)施例I相同的方法，利用上述制得的電解液A2制備鋰離子電池，記為B2。對(duì)比例鋰離子電池電解液的制備將鋰鹽LiPF6溶于碳酸乙烯酯(EC)碳酸甲乙酯(EMC)碳酸二甲酯(DMC)= 1:1: I (質(zhì)量比)的混合溶劑中得到lmol/L的溶液，然后加入電解液總重量2%的碳酸亞乙烯酯(VC)，即制得電解液，記為A。鋰離子電池的制備采用與實(shí)施例I相同的方法，利用上述制得的電解液A制備鋰離子電池，記為B。下面是針對(duì)實(shí)施例I、實(shí)施例2與對(duì)比例的安全性能測(cè)試⑴針刺測(cè)試選取實(shí)施例I、實(shí)施例2與對(duì)比例中的鋰離子電池各5個(gè)，進(jìn)行針刺測(cè)試。測(cè)試方法如下對(duì)電池充電后，用直徑3-8mm的耐高溫鋼針，以10_40mm/s的速度，從垂直于電池極板的方向貫穿，并且鋼針停留在電池中。上述15個(gè)電池的針刺測(cè)試結(jié)果列于表I中。(2)過(guò)充電測(cè)試選取實(shí)施例I、實(shí)施例2與對(duì)比例中的鋰離子電池各5個(gè)，進(jìn)行過(guò)充電測(cè)試。測(cè)試方法如下以IC的電流對(duì)電池充電，當(dāng)電池端電壓達(dá)到額定電壓后，改為恒壓充電，直到充電電流小于或等于0.01C，停止充電；充電后的電池?cái)R置24小時(shí)后，連接其正、負(fù)極于一恒壓電源，調(diào)節(jié)電流至3A、電壓為4. 6V，然后對(duì)電池充電，直到電池電壓為4. 6V，電流降到接近0A，測(cè)試過(guò)程中采用熱電偶監(jiān)視電池溫度變化，當(dāng)電池溫度下降到比峰值溫度低約10°C時(shí)，結(jié)束試驗(yàn)。上述15個(gè)電池的過(guò)充電測(cè)試結(jié)果列于表I中。(3)短路測(cè)試選取實(shí)施例I、實(shí)施例2與對(duì)比例中的鋰離子電池各5個(gè)，進(jìn)行短路測(cè)試。測(cè)試方法如下以IC的電流對(duì)電池充電，當(dāng)電池端電壓達(dá)到額定電壓后，改為恒壓充電，直到充電電流小于或等于0.01C，停止充電；充電后的電池?cái)R置24小時(shí)后，將接有熱電偶的電池置于通風(fēng)櫥中，用總電阻不大于50mQ的線路短路正負(fù)極，測(cè)試過(guò)程中，利用熱電偶監(jiān)視電池溫度變化，當(dāng)電池溫度下降到比峰值低約10°C時(shí)，結(jié)束測(cè)試。上述15個(gè)電池的短路測(cè)試結(jié)果列于表I中。表I
權(quán)利要求
1.一種鋰離子電池電解液，其特征在于，包括鋰鹽、非水有機(jī)溶劑、成膜添加劑和熱固性材料；當(dāng)所述鋰離子電池電解液達(dá)到規(guī)定溫度時(shí)，所述熱固性材料在電解液中轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋰離子電池電解液，其特征在于，所述規(guī)定溫度為80-150°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋰離子電池電解液，其特征在于，所述熱固性材料選自酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、氨基樹(shù)脂、不飽和聚酯和硅醚樹(shù)脂中的一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3任一項(xiàng)所述的鋰離子電池電解液，其特征在于，所述熱固性材料的含量為電解液總重量的O. 1-50%。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋰離子電池電解液，其特征在于，所述鋰離子電池電解液還包括固化劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰離子電池電解液，其特征在于，所述固化劑選自胺類(lèi)固化劑、酸酐類(lèi)固化劑、含有無(wú)機(jī)元素的高分子固化劑、過(guò)氧化環(huán)己酮和過(guò)氧化二苯甲酰中的一種或幾種。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋰離子電池電解液，其特征在于，所述鋰鹽選自LiPF6、LiBF4、 LiClO4' LiPF3 (CF2CF3) 3、LiCF3SO3 和 LiBOB 中的一種或幾種。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋰離子電池電解液，其特征在于，所述非水有機(jī)溶劑選自碳酸酯、碳酸酯鹵代衍生物、酯、醚和酮中的一種或幾種。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋰離子電池電解液，其特征在于，所述非水有機(jī)溶劑的含量為電解液總重量的40-80%。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋰離子電池電解液，其特征在于，所述成膜添加劑選自碳酸亞乙烯酯、碳酸乙烯亞乙酯、1，3-磺酸丙內(nèi)酯和1，4_磺酸丁內(nèi)酯中的一種或幾種。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋰離子電池電解液，其特征在于，所述成膜添加劑的含量為電解液總重量的O. 1-10%。
12.—種鋰離子電池，其特征在于，所述鋰離子電池包括權(quán)利要求I至11所述的鋰離子電池電解液。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種鋰離子電池電解液及含有該電解液的鋰離子電池，涉及電池領(lǐng)域，能夠提高電池的安全性能。所述鋰離子電池電解液包括鋰鹽、非水有機(jī)溶劑、成膜添加劑和熱固性材料；當(dāng)所述鋰離子電池電解液達(dá)到規(guī)定溫度時(shí)，所述熱固性材料在電解液中轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)。本發(fā)明可用于電池領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H01M10/0525GK102610856SQ201110433129
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2011年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月21日
發(fā)明者丁杰 申請(qǐng)人:華為技術(shù)有限公司