專利名稱：一種能夠改善鋰離子電池安全性能的有機(jī)電解液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種能夠改善電池安全性能的有機(jī)電解液，通過對(duì)電液組分和功能添加的的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，提高電池安全特性。
背景技術(shù)：
目前，鋰離子電池具有比能量高、高電壓、循環(huán)使用次數(shù)多、存儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，不僅在便攜式電子設(shè)備上如移動(dòng)電話、數(shù)碼攝像機(jī)和手提電腦得到廣泛應(yīng)用，而且也廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能、電動(dòng)自行車以及電動(dòng)工具等大中型電動(dòng)設(shè)備方面。其中，有機(jī)電解液作為鋰離子電池內(nèi)離子運(yùn)動(dòng)的載體，其成分基本穩(wěn)定，主要為L(zhǎng)iBOB、碳酸乙烯酯EC、碳酸丙烯酯PC、碳酸甲乙酯EMC等，隨著鋰離子電池市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，安全性問題是鋰離子電池市場(chǎng)創(chuàng)新的重要前提。對(duì)于鋰離子二次電池，其在高溫加熱、過度充放電、短路和大電流長(zhǎng)時(shí)間工作的情況下放出大量的熱量，這些熱量成為易燃電解液的安全隱患，可能造成電池發(fā)生災(zāi)難性熱擊穿(熱崩潰)、燃燒等問題，甚至引起電池發(fā)生爆破。因此，目前迫切需要開發(fā)出一種電解液，其可以增加自身的熱穩(wěn)定性，避免電池在過熱條件下的燃燒和爆炸等問題，有效改善電池的安全性能，提高電池的使用安全。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種能夠改善電池安全性能的有機(jī)電解液，其可以通過添加添加劑，增加自身的熱穩(wěn)定性，在保證電池循環(huán)性能的前提下有效改善電池的安全性能，避免電池在過熱條件下的燃燒和爆炸等問題，大大提高電池的使用安全性，進(jìn)而提聞了電池的質(zhì)量合格率，有利于提聞電池生廣廠家廣品的市場(chǎng)應(yīng)用如景，具有重大的生產(chǎn)實(shí)踐意義。

為此，本發(fā)明提供了一種能夠改善電池安全性能的有機(jī)電解液，包括有電解質(zhì)鹽、有機(jī)溶劑和添加劑；所述電解質(zhì)鹽包括有固體溶質(zhì)LiBOB ;所述有機(jī)有機(jī)溶劑包括有酸乙烯酯EC、碳酸丙烯酯PC和碳酸甲乙酯EMC ；所述添加劑包括有碳酸亞乙烯酯VC、碳酸乙烯亞乙酯VEC、亞硫酸丙烯脂PS和磷酸三丁脂TBP。其中，按重量百分比包括有固體溶質(zhì)LiB0B5% 50% ；酸乙烯酯EC5-55%，所述碳酸丙烯酯PC0-50%，所述碳酸甲乙酯EMC10-80% ；碳酸亞乙烯酯VC0. 1-10 %，碳酸乙烯亞乙酯VEC0. 1-10 %，亞硫酸丙烯脂PS0. 1-10%，磷酸三丁脂 ΤΒΡ0. 1-10%。其中，按重量百分比包括有LiB0B12. 5% ；酸乙烯酯EC29. 9%，碳酸丙烯酯PC5%，碳酸甲乙酯EMC44% ；碳酸亞乙烯酯VCl. 1%，碳酸乙烯亞乙酯VEC0. 5%，亞硫酸丙烯脂PS，3%，磷酸三丁脂 TBP4%。其中，按重量百分比包括有LiB0B12. 5% ；酸乙烯酯EC24. 4%，碳酸丙烯酯PC9. 5%，碳酸甲乙酯EMC45% ；碳酸亞乙烯酯VCl. 1%，碳酸乙烯亞乙酯VEC0. 5%，亞硫酸丙烯脂PS，3%，磷酸三丁脂 TBP4%。其中，按重量百分比包括有LiB0B15% ;酸乙烯酯EC26%，碳酸丙烯酯PC9. 5%，碳酸甲乙酯EMC42. 5% ；碳酸亞乙烯酯VCl. 1%，碳酸乙烯亞乙酯VEC0. 5%，亞硫酸丙烯脂PS，3%，磷酸三丁脂 TBP4%。其中，按重量百分比包括有LiB0B15. 5% ；酸乙烯酯EC26%，碳酸丙烯酯PC9. 5%，碳酸甲乙酯EMC42. 4% ；碳酸亞乙烯酯VCl. 1%，碳酸乙烯亞乙酯VEC0.5%亞硫酸丙烯脂PS，3%，磷酸三丁脂 TBP4%。其中，按重量百分比包括有LiB0B16. 5% ；酸乙烯酯EC26%，碳酸丙烯酯PC9. 5%，碳酸甲乙酯EMC41.9% ；碳酸亞乙烯酯VCl. 1%，碳酸乙烯亞乙酯VEC0. 5%，亞硫酸丙烯脂PS，3%，磷酸三丁脂 TBP4%。`由以上本發(fā)明提供的技術(shù)方案可見，與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明提供了一種能夠改善電池安全性能的有機(jī)電解液，其可以通過組分優(yōu)化、添加添加劑，增加自身的熱穩(wěn)定性，在保證電池循環(huán)性能的前提下有效改善電池的安全性能，避免電池在過熱條件下的燃燒和爆炸等問題，大大提高電池的使用安全性，進(jìn)而提高了電池的質(zhì)量合格率，有利于提高電池生產(chǎn)廠家產(chǎn)品的市場(chǎng)應(yīng)用前景，具有重大的生產(chǎn)實(shí)踐意義。


圖1為本發(fā)明提供的一種能夠改善電池安全性能的有機(jī)電解液在實(shí)施例1至實(shí)施例5中的各組成部分分別占全部電解液的重量百分比的表格示意圖；圖2為兩個(gè)電池電解液比較例(即比較例I和比較例2)中各組成部分分別占全部電解液的重量百分比的表格示意圖；圖3為本發(fā)明提供的一種能夠改善電池安全性能的有機(jī)電解液在實(shí)施例1至實(shí)施例5時(shí)具有的電導(dǎo)率和比較例1、比較例2具有的電導(dǎo)率的對(duì)比表格示意圖；圖4為本發(fā)明提供的一種能夠改善電池安全性能的有機(jī)電解液在實(shí)施例1至實(shí)施例5時(shí)具有的粘度和比較例1、比較例2具有的粘度的對(duì)比表格示意圖；圖5為本發(fā)明提供的一種能夠改善電池安全性能的有機(jī)電解液的實(shí)施例1至實(shí)施例5在進(jìn)行常溫循環(huán)性能測(cè)試時(shí)的電池容量變化數(shù)據(jù)，以及比較例1、比較例2在進(jìn)行常溫循環(huán)性能測(cè)試時(shí)的電池容量變化數(shù)據(jù)的表格示意圖；圖6為本發(fā)明提供的一種能夠改善電池安全性能的有機(jī)電解液的實(shí)施例1至實(shí)施例5在進(jìn)行250°C鐵板測(cè)試的測(cè)試結(jié)果，以及比較例1、比較例2在進(jìn)行鐵板測(cè)試的測(cè)試結(jié)果的表格不意圖；圖7為本發(fā)明提供的一種能夠改善電池安全性能的有機(jī)電解液的實(shí)施例1至實(shí)施例5在進(jìn)行過充安全性能測(cè)試時(shí)的測(cè)試結(jié)果，以及比較例1、比較例2在進(jìn)過充安全性能測(cè)試的測(cè)試結(jié)果的表格示意圖。
具體實(shí)施例方式為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本發(fā)明提供了一種改善電池安全性能的有機(jī)電解液，包括有電解質(zhì)鹽、有機(jī)有機(jī)溶劑和添加劑；在本發(fā)明中，所述電解質(zhì)鹽包括有固體溶質(zhì)LiBOB ;具體實(shí)現(xiàn)上，所述固體溶質(zhì)LiBOB，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為5% 50%。在本發(fā)明中，所述有機(jī)溶劑包括有酸乙烯酯EC、碳酸丙烯酯PC和碳酸甲乙酯EMC ；其中，所述酸乙烯酯EC，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為5-55%;所述碳酸丙烯酯PC，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為0-50% ;所述碳酸甲乙酯EMC，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為10-80%。在本發(fā)明中，所述添加劑包括有碳酸亞乙烯酯VC、碳酸乙烯亞乙酯VEC、亞硫酸丙烯脂PS和阻燃添加劑磷酸三丁脂TBP ；其中，所述碳酸亞乙烯酯VC，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為O . 1-10%；所述碳酸乙烯亞乙酯VEC，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為O. 1-10%;所述亞硫酸丙烯脂PS，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為O. 1-10% ;所述阻燃添加劑磷酸三丁脂TBP，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為O. 1-10%。其中，LiBOB為溶質(zhì)，提供游離離子作為鋰離子遷移與電荷傳遞的介質(zhì)；有酸乙烯酯EC、碳酸丙烯酯PC、碳酸甲乙酯EMC為電解液溶質(zhì)，不僅能溶解固體溶質(zhì)LiBOB，且共混后能形成穩(wěn)定的電化學(xué)體系，在各種環(huán)境中保證電解液體系的電化學(xué)穩(wěn)定性；有酸乙烯酯EC能形成有效的SEI膜，因而，盡管熔點(diǎn)高，會(huì)影響電池的低溫性能，仍是電解液中必不可少的成分；碳酸丙烯酯PC能夠提高電池的低溫使用性能，但會(huì)導(dǎo)致負(fù)極的剝落；碳酸亞乙烯酯VC是有機(jī)成膜添加劑與過充電保護(hù)添加劑，具有良好的高低溫性能，降低產(chǎn)氣量防氣脹，提升電池容量和壽命；碳酸乙烯亞乙酯VEC化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，是高反應(yīng)活性的成膜添加齊U，在1. 35V開始分解，在負(fù)極形成穩(wěn)定致密的SEI膜，有效組織溶劑中的碳酸丙烯酯PC分子和溶劑化鋰離子共同嵌入石墨層間，將電解液的分解抑制到最小程度，進(jìn)而提高鋰離子電池的充放電效率和循環(huán)特性；亞硫酸丙烯脂PS可以提高電解液的低溫性能，還能防止溶劑中的碳酸丙烯酯PC分子嵌入石墨電極，對(duì)負(fù)極材料產(chǎn)生保護(hù)作用，使材料結(jié)構(gòu)不容易坍塌，增加電極材料的循環(huán)壽命；磷酸三丁脂TBP為阻燃添加劑，可以使電解液產(chǎn)生難燃性或不可燃性的效果，具有很好的氧化穩(wěn)定性，且不影響電池本身的電化學(xué)性能。對(duì)于本發(fā)明提供的一種改善電池安全性能的有機(jī)電解液，其不僅可以有效保證了電池的安全性，又不對(duì)電池的電性能產(chǎn)生影響，可以很好的滿足消費(fèi)者對(duì)電池高安全性的需求。本發(fā)明可以適用于所有的鋰離子電池和鋰電池體系中。例如，可以適用于方型鋰離子電池、圓柱型鋰離子電池、聚合物鋰離子電池、動(dòng)力電池、儲(chǔ)能電池等多種形式的鋰離子二次電池中。
需要說明的是，本發(fā)明通過優(yōu)化溶劑組分、添加阻燃添加劑、改善電解液各成分的含量比例，從而可以使得易燃的有機(jī)電解液變成難燃或不可燃的電解液，降低電池的放熱值和電池自熱率，同時(shí)也增加了電解液自身的熱穩(wěn)定性，避免電池在過熱條件下的燃燒或爆炸。對(duì)于本發(fā)明提供的能夠改善電池安全性能的有機(jī)電解液，鑒于鋰鹽、溶劑、阻燃添加劑對(duì)電池的電導(dǎo)率、粘度等有較大影響，從而直接影響電池的循環(huán)性能。因此，本發(fā)明通過添加阻燃添加劑，同時(shí)調(diào)整電解液的各組分成分的重量百分比，從而提升電池的安全性能和熱穩(wěn)定性能?；谏鲜霰景l(fā)明提供的改善電池安全性能的有機(jī)電解液的各個(gè)組分，下面通過五個(gè)具體實(shí)施例來說明本發(fā)明電解液的具體性能和效果，參見圖1所示。實(shí)施例1參見圖1，在本發(fā)明提供的有機(jī)電解液的實(shí)施例1中，所述固體溶質(zhì)LiBOB，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為12.5% ；所述酸乙烯酯EC，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為29. 9% ；所述碳酸丙烯酯PC，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為5% ；

所述碳酸甲乙酯EMC，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為44%所述碳酸亞乙烯酯VC，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為1. 1% ；所述碳酸乙烯亞乙酯VEC，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為O. 5% ；所述亞硫酸丙烯脂PS，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為3% ；所述阻燃添加劑磷酸三丁脂TBP，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為4%。實(shí)施例2參見圖1，在本發(fā)明提供的有機(jī)電解液的實(shí)施例2中，所述固體溶質(zhì)LiBOB，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為12.5% ;所述酸乙烯酯EC，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為24.4% ;所述碳酸丙烯酯PC，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為
9.5%;所述碳酸甲乙酯EMC，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為45%;所述碳酸亞乙烯酯VC，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為1. 1% ;所述碳酸乙烯亞乙酯VEC，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為O. 5%;所述亞硫酸丙烯脂PS，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為3% ;所述阻燃添加劑磷酸三丁脂TBP，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為4%。實(shí)施例3參見圖1，在本發(fā)明提供的有機(jī)電解液的實(shí)施例3中，所述固體溶質(zhì)LiBOB，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為15% ;所述酸乙烯酯EC，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為26% ;所述碳酸丙烯酯PC，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為9. 5% ;所述碳酸甲乙酯EMC，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為42. 5%所述碳酸亞乙烯酯VC，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為1.1所述碳酸乙烯亞乙酯VEC，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為O. 5所述亞硫酸丙烯脂PS，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為3% ;所述阻燃添加劑磷酸三丁脂TBP，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為4%。實(shí)施例4
參見圖1，在本發(fā)明提供的有機(jī)電解液的實(shí)施例4中，所述固體溶質(zhì)LiBOB，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為15.5% ;所述酸乙烯酯EC，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為26% ;所述碳酸丙烯酯PC，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為9. 5% ；所述碳酸甲乙酯EMC，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為42. 4%;所述碳酸亞乙烯酯VC，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為1.1 所述碳酸乙烯亞乙酯VEC，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為O. 5%;所述亞硫酸丙烯脂PS，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為3% ;所述阻燃添加劑磷酸三丁脂TBP，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為4%。實(shí)施例5參見圖1，在本發(fā)明提供的有機(jī)電解液的實(shí)施例5中，所述固體溶質(zhì)LiBOB，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為16.5% ;所述酸乙烯酯EC，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為26% ;所述碳酸丙烯酯PC，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為9. 5% ;所述碳酸甲乙酯EMC，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為41. 9%;所述碳酸亞乙烯酯VC，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為1.1所述碳酸乙烯亞乙酯VEC，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為O. 5所述亞硫酸丙烯脂PS，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為3% ;所述阻燃添加劑磷酸三丁脂TBP，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為4%。為了對(duì)比驗(yàn)證本發(fā)明中各種添加劑對(duì)電池具體性能和效果的影響，結(jié)合圖2所示兩個(gè)比較例(比較例I和比較例2)，來考察添加劑對(duì)電池安全、循環(huán)性能的影響。具體兩個(gè)比較例如下比較例I在電池的有機(jī)電解液中，包括有固體溶質(zhì)LiBOB、酸乙烯酯EC、碳酸丙烯酯PC、碳酸甲乙酯EMC、碳酸亞乙烯酯 VC、碳酸乙烯亞乙酯VEC和亞硫酸丙烯脂PS，并且不添加阻燃添加劑磷酸三丁脂TBP。其中，所述固體溶質(zhì)LiBOB，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為14% ;所述酸乙烯酯EC，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為34% ;所述碳酸丙烯酯PC，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為4. 5% ;所述碳酸甲乙酯EMC，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為44. 5% ;所述碳酸亞乙烯酯VC，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為1. 1% ;所述碳酸乙烯亞乙酯VEC，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為O. 5% ;所述亞硫酸丙烯脂PS，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為3%。比較例2在電池的有機(jī)電解液中，包括有固體溶質(zhì)LiBOB、酸乙烯酯EC、碳酸丙烯酯PC、碳酸甲乙酯EMC、碳酸亞乙烯酯VC、碳酸乙烯亞乙酯VEC、亞硫酸丙烯脂PS以及聯(lián)苯BP，并且不添加阻燃添加劑磷酸三丁脂TBP。其中，所述固體溶質(zhì)LiBOB，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為14% ;所述酸乙烯酯EC，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為32% ;所述碳酸丙烯酯PC，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為4. 5% ;所述碳酸甲乙酯EMC，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為44. 5% ;所述碳酸亞乙烯酯VC，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為1.1% ;所述碳酸乙烯亞乙酯VEC，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為0.5% ;所述亞硫酸丙烯脂PS，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為3% ；所述聯(lián)苯BP，其在所述有機(jī)電解液中所占重量百分比為2. 4%。在本發(fā)明中，為清楚地了解本發(fā)明提供的電解液的性能，將針對(duì)電池的性能，通過進(jìn)行以下比較例和實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)，對(duì)比分析各實(shí)施例的有機(jī)電解液的導(dǎo)電率、粘度、250°C鐵板測(cè)試、3C/12V過充安全性能測(cè)試和循環(huán)性能。需要說明的是，實(shí)驗(yàn)所使用的電池，其正極材料為鈷酸鋰，負(fù)極材料為改性石墨I(xiàn)GC，隔膜為16um厚度的隔膜，極耳為2mm寬的極耳，包裝為鋁塑封裝袋。按照聚合物電池的制作工藝，裝配成電池進(jìn)行性能測(cè)試。對(duì)于該實(shí)驗(yàn)用的電池，其充電條件為使用O. 5C恒流充電到4. 2V，4. 2V為實(shí)驗(yàn)電池的額定電壓，恒壓充電到6mAh ;靜置休眠時(shí)間為10分鐘，其放電制式為使用O. 5C恒流放電到3. 0V。1、電解液電導(dǎo)率測(cè)試。根據(jù)比較例I和2，以及實(shí)施例1至5中的組分比例來分別配置一份樣品電解液，分別測(cè)試它們?cè)?5攝氏度下的電導(dǎo)率，圖3為電導(dǎo)率的詳細(xì)數(shù)據(jù)。測(cè)試設(shè)備KEM公司制造的AT-510型號(hào)電導(dǎo)率測(cè)試儀。測(cè)試方法使用參比電極校正電導(dǎo)率測(cè)試儀至標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，從封閉容器中取出各實(shí)施例電解液，顯示值即為各實(shí)施率電解液的電導(dǎo)率。由圖3所示可以看出，實(shí)施例1、3和4的電解液與比較例I和2的電解液的電導(dǎo)率更為接近；其原理在于 固體可溶添加劑酸乙烯酯EC的比例降低，從而使得電解液的電導(dǎo)率降低；而溶劑碳酸丙烯酯PC和碳酸甲乙酯EMC的比例增加，會(huì)提升電解液的電導(dǎo)率；溶質(zhì)LiBOB的含量增加，7也會(huì)提升電池電解液的電導(dǎo)率，在碳酸丙烯酯PC、碳酸甲乙酯EMC和LiBOB這三種因素的共同作用下，實(shí)施例1、3和4的電解液電導(dǎo)率相對(duì)更高。2、電解液粘度測(cè)試。根據(jù)比較例I和2，以及實(shí)施例1至5中的組分比例來分別配置一份樣品電解液，分別測(cè)試它們?cè)跍囟?5攝氏度下的粘度，圖4為粘度的詳細(xì)數(shù)據(jù)。測(cè)試設(shè)備BrookfieldEngineering Laboratory.1NC 公司生產(chǎn)的 DV-1II 型號(hào)ULTRA PROGRAMMABLE RHEOMETER 粘度測(cè)試儀。測(cè)試方法在測(cè)試儀中加入少量各實(shí)施例電解液，通過測(cè)量各自的剪切應(yīng)力，可以計(jì)算出各實(shí)施例電解液的粘度。由圖4所示可以看出，實(shí)施例2和3的電解液的粘度低于比較例I和2的電解液的粘度；其原理在于固體可溶添加劑酸乙烯酯EC的比例降低，從而使得電解液的粘度降低；溶質(zhì)LiBOB的含量增加，對(duì)電解液粘度的作用呈拋物線分布，在比例超過一定量(例如實(shí)施例所示的14. 0% )時(shí)，會(huì)增加電解液的粘度，在酸乙烯酯EC和LiBOB這兩種因素的共同作用下，實(shí)施例2和3電解液的粘度相對(duì)更低。3、常溫循環(huán)性能測(cè)試。根據(jù)比較例I和2，以及實(shí)施例1至5中的組分比例來分別配置電解液，然后注入到上述實(shí)驗(yàn)使用的電池中，然后將該實(shí)驗(yàn)使用的電池充滿電后，在25攝氏度的常溫下，對(duì)該電池進(jìn)行循環(huán)性能測(cè)試，循環(huán)倍率為進(jìn)行O. 5C電流的充放電，在每100次充放電循環(huán)后，實(shí)時(shí)測(cè)量和記錄電池在循環(huán)過程中的容量變化和電壓數(shù)據(jù)。詳細(xì)數(shù)據(jù)如圖5所示。測(cè)試設(shè)備Arbin Instruments公司制造的LB7型號(hào)Arbin測(cè)試儀。測(cè)試方法用鱷魚夾夾住實(shí)驗(yàn)用電池的極耳，確認(rèn)極耳與鱷魚夾接觸充分后，打開電腦Arbin主程序菜單，編輯O. 5C充放電循環(huán)流程。編輯完成后，確認(rèn)溫度為常溫，之后發(fā)送流程，對(duì)電池進(jìn)行常溫性能測(cè)試。由圖5所示可以看出，實(shí)施例1至5的電解液注入的電池中，僅有實(shí)施例3的電解液注入的電池與比較例I和2電解液注入的電池循環(huán)性能接近，實(shí)施例3的電解液注入的電池在進(jìn)行200次充放電循環(huán)后，其剩余容量比所述比較例I和2的電池低不到1%，在考慮電池個(gè)體差異的情況下，可以判定只有實(shí)施例3電解液的使用不會(huì)對(duì)電池的循環(huán)性能產(chǎn)生影響。其原理在于電解液的電導(dǎo)率越高，對(duì)電池的循環(huán)性能越有利；電解液的粘度越低，對(duì)電池循環(huán)性能也越有利；在兩種因素的共同作用下，實(shí)施例3電解液所注入的電池具有的循環(huán)性能表現(xiàn)最好，可以一并參見圖3和圖4所顯示的電導(dǎo)率數(shù)據(jù)和粘度數(shù)據(jù)。4、鐵板安全性能測(cè)試。根據(jù)比較例I和2，以及實(shí)施例1至5中的組分比例來分別配置電解液，然后注入到上述實(shí)驗(yàn)使用的電池中，然后將該實(shí)驗(yàn)使用的電池充至滿電狀態(tài)后(例如當(dāng)所述實(shí)驗(yàn)電池的容量為IOOOmAh時(shí)，半電狀態(tài)為500mAh)，對(duì)該電池進(jìn)行250°C下的鐵板安全性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果對(duì)比參見圖6所示。測(cè)試設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)器用表面溫度計(jì)測(cè)試方法開啟設(shè)備，將溫度設(shè)定為250°C .等待溫度升至設(shè)定溫度±3°C后，打開封閉裝置，保證測(cè)試環(huán)境為封閉恒溫環(huán)境。將電池置于設(shè)備表面平臺(tái)，觀測(cè)電池變化。若電池不燃燒、不爆炸，即為通過測(cè)試要求。由圖6可以看出，進(jìn)行250°C的鐵板安全性能測(cè)試(即耐高溫性能測(cè)試)和3C/12V過充兩項(xiàng)安全測(cè)試時(shí)，實(shí)施例1至5五種不同配比的電解液均可以通過測(cè)試；而比較例I和
2配置的電解液均無法通過測(cè)試。其原理在于，阻燃添加劑磷酸三丁脂TBP的加入，使得本是易燃的有機(jī)電解液變成難燃的有機(jī)電解液，磷酸類添加劑通過捕獲游離自由基，從而使電池安全風(fēng)險(xiǎn)降低。5、過充安全性能測(cè)試。根據(jù)比較例I和2，以及實(shí)施例1至5中的組分比例來分別配置電解液，然后注入到上述實(shí)驗(yàn)`使用的電池中，然后將該實(shí)驗(yàn)使用的電池放電至低電狀態(tài)后(例如當(dāng)所述實(shí)驗(yàn)電池的容量為IOOOmAh時(shí)，低電狀態(tài)為OmAh)，進(jìn)行3C恒定電流充電，直至12V的電壓(即電池的3C/12V過充安全性能測(cè)試)，執(zhí)行過充安全測(cè)試，具體測(cè)試結(jié)果參見圖7所示。測(cè)試設(shè)備Arbin Instruments公司制造的LB7型號(hào)Arbin測(cè)試儀。測(cè)試方法使用保溫棉將電池包裹至封閉狀態(tài)，將熱導(dǎo)線附著于電池表面，然后用膠帶將保溫棉纏緊，固定住電池，保證電池在升溫時(shí)不會(huì)迅速散失熱量。用鱷魚夾夾住實(shí)驗(yàn)用電池的極耳，確認(rèn)極耳與鱷魚夾接觸充分后，打開電腦Arbin主程序菜單，編輯3C過充流程。編輯完成后發(fā)送流程，對(duì)電池進(jìn)行3C過充安全測(cè)試。由圖7可以看出，進(jìn)行3C/12V過充安全測(cè)試時(shí)，實(shí)施例1至5五種不同配比的電解液均可以通過測(cè)試；而比較例I和2配置的電解液均無法通過測(cè)試。其原理在于，阻燃添加劑磷酸三丁脂TBP的加入，使得本是易燃的有機(jī)電解液變成難燃的有機(jī)電解液，增強(qiáng)了電池的熱穩(wěn)定性，從而使電池通過安全測(cè)試。因此，綜上所述，從實(shí)施例1至5以及比較例I和2的比較分析表明，本發(fā)明提供的能夠改善電池安全性能的有機(jī)電解液(例如實(shí)施例3所配置的電解液)中添加有阻燃添加劑，從而明顯提升了電池的安全性能；同時(shí)還通過調(diào)整電解液中溶質(zhì)、溶劑、各種添加劑的比例，可以在提升安全性能的同時(shí)并不影響電池的循環(huán)等性能。本發(fā)明提供的這種新型安全電液，能有效解決目前的電池安全性問題。綜上所述，與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的一種能夠改善電池安全性能的有機(jī)電解液，其可以通過添加添加劑，增加自身的熱穩(wěn)定性，在保證電池循環(huán)性能的前提下有效改善電池的安全性能，避免電池在過熱條件下的燃燒和爆炸等問題，大大提高電池的使用安全性，進(jìn)而提高了電池的質(zhì)量合格率，有利于提高電池生產(chǎn)廠家產(chǎn)品的市場(chǎng)應(yīng)用前景，具有重大的生產(chǎn)實(shí)踐意義。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明 的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種能夠改善鋰離子電池安全性能含磷酸酯類功能添加劑的電解液，主要成分包括有電解質(zhì)鹽、有機(jī)溶劑和磷酸酯類功能添加劑； 所述電解質(zhì)鹽包括有固體溶質(zhì)LiBOB ； 所述電解液有機(jī)溶劑包括有酸乙烯酯EC、碳酸丙烯酯PC和碳酸甲乙酯EMC ； 所述添加劑包括有碳酸亞乙烯酯VC、碳酸乙烯亞乙酯VEC、亞硫酸丙烯脂PS和磷酸三丁脂 TBP。
2.如權(quán)利要求1所述的有機(jī)電解液，其特征在于，按重量百分比包括有固體溶質(zhì)LiB0B5% 50% ； 酸乙烯酯EC5-55 %，所述碳酸丙烯酯PC0-50 %，所述碳酸甲乙酯EMC10-80 % ； 碳酸亞乙烯酯VC0. 1-10%，碳酸乙烯亞乙酯VEC0. 1_10%，亞硫酸丙烯脂PS0. 1-10%,磷酸三丁脂ΤΒΡ0. 1-10%。
3.如權(quán)利要求2所述的有機(jī)電解液，其特征在于，按重量百分比包括有LiB0B12.5% ； 酸乙烯酯EC29. 9 %，碳酸丙烯酯PC5 %，碳酸甲乙酯EMC44% ； 碳酸亞乙烯酯VCl.1 %，碳酸乙烯亞乙酯VEC0. 5%,亞硫酸丙烯脂PS，3%，磷酸三丁脂TBP4%。
4.如權(quán)利要求2所述的有機(jī)電解液，其特征在于，按重量百分比包括有LiB0B12.5% ； 酸乙烯酯EC24. 4%，碳酸丙烯酯PC9. 5 %，碳酸甲乙酯EMC45 % ； 碳酸亞乙烯酯VCl.1 %，碳酸乙烯亞乙酯VEC0. 5%,亞硫酸丙烯脂PS，3%，磷酸三丁脂TBP4%。
5.如權(quán)利要求2所述的有機(jī)電解液，其特征在于，按重量百分比包括有LiB0B13.0% ； 酸乙烯酯EC26 %，碳酸丙烯酯PC9. 5 %，碳酸甲乙酯EMC42. 5 % ； 碳酸亞乙烯酯VCl.1 %，碳酸乙烯亞乙酯VEC0. 5%,亞硫酸丙烯脂PS，3%，磷酸三丁脂TBP4%。
6.如權(quán)利要求2所述的有機(jī)電解液，其特征在于，按重量百分比包括有LiB0B13.5% ； 酸乙烯酯EC26確碳酸丙烯酯PC9. 5%碳酸甲乙酯EMC42. 4% ； 碳酸亞乙烯酯VCl.1 %，碳酸乙烯亞乙酯VEC0. 5%,亞硫酸丙烯脂PS，3%，磷酸三丁脂TBP4%。
7.如權(quán)利要求2所述的有機(jī)電解液，其特征在于，按重量百分比包括有LiB0B14.0% ； 酸乙烯酯EC26 %，碳酸丙烯酯PC9. 5 %，碳酸甲乙酯EMC41. 9 % ； 碳酸亞乙烯酯VCl.1 %，碳酸乙烯亞乙酯VEC0. 5%,亞硫酸丙烯脂PS，3%，磷酸三丁脂TBP4%。
全文摘要
本發(fā)明公開的一種能夠改善鋰離子電池安全性能含有磷酸脂類功能添加劑的電解液，包括有電解質(zhì)鹽、有機(jī)溶劑和功能添加劑；所述電解質(zhì)鹽是固體溶質(zhì)LiBOB；所述有機(jī)有機(jī)溶劑包括有酸乙烯酯EC、碳酸丙烯酯PC和碳酸甲乙酯EMC；所述添加劑包括有碳酸亞乙烯酯VC、碳酸乙烯亞乙酯VEC、亞硫酸丙烯脂PS和磷酸三丁脂TBP。本發(fā)明公開的一種能夠改善鋰離子電池安全性能的電解液，其可以通過添加功能性磷酸酯類阻燃添加劑，增加鋰離子電池自身的熱穩(wěn)定性，在保證電池循環(huán)性能的前提下有效改善電池的安全性能，避免電池在過熱條件下的燃燒和爆炸等問題，大大提高電池的使用安全性，進(jìn)而提高電池的質(zhì)量，有利于提高商業(yè)鋰離子電池產(chǎn)品的市場(chǎng)應(yīng)用前景。本發(fā)明是鋰離子電池重大質(zhì)量提升，提高鋰離子電池可靠性和安全性。
文檔編號(hào)H01M10/0566GK103066325SQ20131001826
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2013年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月18日
發(fā)明者賈曉川, 李晶, 丁宇, 于智睿, 周磊, 張彬, 王娜 申請(qǐng)人:天津出入境檢驗(yàn)檢疫局工業(yè)產(chǎn)品安全技術(shù)中心