一种不燃型锂离子电池电解液的制作方法

本发明涉及锂离子电池电解液领域，尤其是涉及一种不燃型锂离子电池电解液。

背景技术：

锂离子电池以其能量密度高、高电压、高功率、自放电小及环境友好等优点，有望取代化石燃料成为汽车的动力来源。对解决目前的能源和环境危机具有重要的意义。锂离子电池电解液是锂离子电池的核心部分，在电池中承担着传递电荷的作用。它对电池的比容量、循环效率、工作温度范围及安全性能等关键评价参数起着至关重要的作用。然而，传统的锂离子电池电解液易燃、易分解以及适用温度范围窄，在高于60℃时电池容量衰减迅速，在长时间高温工作时甚至可能发生燃烧或爆炸，限制了其广泛应用。因此开发一种难燃性或不可燃性的锂离子电池电解液迫在眉睫。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种不燃型锂离子电池电解液，克服现有锂离子电池电解液高温环境易燃易爆的缺点。

本发明的目的是提供一种不燃型锂离子电池电解液，所述不燃型电解液由有机溶剂、锂盐及负极成膜添加剂组成，其中：

所述有机溶剂为三氟代碳酸丙烯酯(tfpc)和碳酸酯组成的混合溶剂，

所述负极成膜添加剂为氟代碳酸乙烯酯，

所述电解质锂盐为六氟磷酸锂。

所述碳酸酯为链式碳酸酯或环式碳酸酯；

所述链式碳酸酯为碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯或碳酸二乙酯；

所述环式碳酸酯为碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯。

所述有机溶剂中三氟代碳酸丙烯酯的体积百分含量为40～75％，对应的质量分数为电解液总量的40～71％。

所述电解液中六氟磷酸锂的摩尔浓度为1～1.2mol/l。

以电解液总量为基准所述负极成膜添加剂的添加量为电解液总质量的2～4％。

本发明在传统锂离子电池电解液溶剂中加入三氟代碳酸丙烯酯，并通过优化溶剂配比(体积分数为40～75％之间，低于40％时电解液可以点燃，超过75％时锂盐析出溶解不完全)，提高了电解液的闪点，有效的抑制了电解液的燃烧，通过点燃实验发现明火并不能点燃本项目研制的电解液。

本发明的有益效果：本发明采用三氟代碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯以及碳酸二甲酯等混合物作为溶剂，通过调控三氟代碳酸丙烯酯的含量可以提高电解液的闪点，可以抑制电解液的燃烧，通过点燃实验发现明火无法点燃本项目研制的电解液，因此本发明的电解液具有优异的安全防爆性能。采用氟代碳酸乙烯酯作为负极成膜添加剂，具有良好的成膜性能和稳定性。同时，通过循环-比容量及循环-放电中压测试发现，用本项目研制的电解液制备的锂离子电池的循环稳定性、容量保持率及倍率等性能均有显著提高。

附图说明

图1是本发明实施例2的不燃型锂离子电池电解液与对比例的常规电解液的循环-比容量对比图。

图2是本发明实施例2的不燃型锂离子电池电解液与对比例的常规电解液的循环-放电中压对比图。

具体实施方式

实施例1

将三氟代碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯及氟代碳酸乙烯酯按配比混合，其中，三氟代碳酸丙烯酯：碳酸乙烯酯：碳酸二甲酯：碳酸甲乙酯的体积比为5:3:1:2,其中三氟代碳酸丙烯酯体积百分比为45％，六氟磷酸锂摩尔浓度为1.2mol/l，氟代碳酸乙烯酯的添加量为4％。

实施例2

将三氟代碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯及氟代碳酸乙烯酯按配比混合，其中，三氟代碳酸丙烯酯：碳酸乙烯酯：碳酸二甲酯：碳酸甲乙酯的体积比为6:3:2:1,其中三氟代碳酸丙烯酯体积百分比为50％，六氟磷酸锂摩尔浓度为1.1mol/l，氟代碳酸乙烯酯的添加量为3％。

实施例3

将三氟代碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯及氟代碳酸乙烯酯按配比混合，其中，三氟代碳酸丙烯酯：碳酸乙烯酯：碳酸二甲酯：碳酸甲乙酯的体积比为11:4:3:2,其中三氟代碳酸丙烯酯体积百分比为55％，六氟磷酸锂摩尔浓度为1.0mol/l，氟代碳酸乙烯酯的添加量为3％。

实施例4

将三氟代碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯及氟代碳酸乙烯酯按配比混合，其中，三氟代碳酸丙烯酯：碳酸乙烯酯：碳酸二甲酯：碳酸甲乙酯的体积比为12:4:1:3,其中三氟代碳酸丙烯酯体积百分比为60％，六氟磷酸锂摩尔浓度为1.0mol/l，氟代碳酸乙烯酯的添加量为2％。

实施例5

将三氟代碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯及氟代碳酸乙烯酯按配比混合，其中，三氟代碳酸丙烯酯：碳酸乙烯酯：碳酸二甲酯：碳酸甲乙酯的体积比为13:5:1:1,其中三氟代碳酸丙烯酯体积百分比为65％，六氟磷酸锂摩尔浓度为1.0mol/l，氟代碳酸乙烯酯的添加量为3％。

实施例6

将三氟代碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯及氟代碳酸乙烯酯按配比混合，其中，三氟代碳酸丙烯酯：碳酸乙烯酯：碳酸二甲酯：碳酸甲乙酯的体积比为14:4:1:1,其中三氟代碳酸丙烯酯体积百分比为70％，六氟磷酸锂摩尔浓度为1.0mol/l，氟代碳酸乙烯酯的添加量为2％。

对比例

以常规的六氟磷酸锂(lipf6)/碳酸乙烯酯(ec)+碳酸二甲酯(dmc)+碳酸甲乙酯(emc)电解液体系作为对比例，将lipf6、ec、dmc、emc及氟代碳酸乙烯酯(fec)按比例混合均匀既得常规锂离子电池电解液，其中，ec:dmc:emc的体积比为1:1:1，lipf6的摩尔浓度为1.0mol/l,氟代碳酸乙烯酯的添加量为2％。

实施例7

以上所述实施例1～6所制备的锂离子电池电解液都具有抗燃性，通过点燃实验发现明火无法点燃，而对比例中的常规电解液则瞬间发生剧烈燃烧。

从图1可以看出：相比与对比例常规锂离子电池电解液体系，实施例2的不燃型锂离子电池电解液体系的电池的循环稳定性及容量保持率有明显提升。从图2可以看出：相比与对比例常规锂离子电池电解液体系，实施例2的不燃型锂离子电池电解液体系的电池的放电中值电压有明显升高，意味着电池的内阻及电极极化得到了明显降低，提升了电池循环、倍率等性能。以上实施例及电池的性能测试结果说明，本项目发明的不燃型锂离子电池电解液不仅具有抗燃性，同时电池的循环稳定性、容量保持率及倍率等性能均有显著提高。

以上所述的实施例只是本发明的较佳方案，仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。在不超出权利要求所记载的技术方案范围内，本发明可以有各种合适的更改和变化。凡在本发明限定范围内所做的任何修改、等同替换及改进等，均应落于本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种不燃型锂离子电池电解液，采用有机溶剂、锂盐及负极成膜添加剂组成，其中，所述有机溶剂为三氟代碳酸丙烯酯和碳酸酯组成的混合溶剂，所述负极成膜添加剂为氟代碳酸乙烯酯，所述电解质锂盐为六氟磷酸锂。本发明的优点在于：通过控制有机溶剂中三氟代碳酸丙烯酯的含量，可以提高电解液的抗燃性；通过点燃实验我们发现当有机溶剂中三氟代碳酸丙烯酯占40～75体积％时，电解液无法用明火点燃；同时使用本发明电解液制备的锂离子电池经测试具有良好的循环‑比容量、高倍率及功率特性，对发展高安全性的高比能动力电池有着重要的作用。

技术研发人员：邓伟侨;姜磊;谢勇
受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所
技术研发日：2017.07.31
技术公布日：2018.05.25