專利名稱：一種具有防過充和阻燃功能的鋰離子電池電解液及其在制備鋰離子電池中的應用的制作方法
技術領域：
本發明屬于電化學技術領域，尤其涉及到一種具有防過充和阻燃雙功能的鋰離子 電池電解液及由其制備的鋰離子電池。
背景技術：
安全問題是對鋰離子電池實際應用的一個重大挑戰。大電流充放電時，電池內部 的熱積累極易導致熱失控，甚至引起電池的燃燒和爆炸.通過在電解液中添加過充保護或 者阻燃劑可以避免電池過充或大電流充放電時引起的安全性隱患。這兩方面的研究依然是 目前鋰離子電池的重要研究方向，使用苯的衍生物或有機鹵化物或磷化物作為添加劑使用 已有文獻報道，但同時具有這兩方面性能添加劑的研究工作在國內還未見報道，在國際上 這方面的報道也極少。
發明內容
本發明的目的是提供一種具有防過充和阻燃功能且對鋰離子電池負面影響小的 鋰離子電池電解液。本發明的另一個目的是提供上述電解液在制備鋰離子電池中的應用。本發明采用的技術方案是所述的鋰離子電池電解液中含有4-溴-2-氟苯甲醚 (簡稱BFMB)的添加劑，該添加劑在鋰離子電池電解液中所占的質量百分比為 10%。 另外，還含有溶劑碳酸乙烯酯(EC)、二乙基碳酸酯(DEC)、二甲基碳酸酯(DMC)，并且三者的 質量比為1:1:1。優選方案是在Imol 'L^LiPFe/EC+DEC+DMC中添加質量百分比含量為5%的BFMB 作為鋰離子電池電解液。本發明電解液可應用于制備鋰離子電池，所述鋰離子電池采用上述的鋰離子電池 電解液，其結構和其他成分均采用現有技術。本發明的有益效果是在鋰離子電池電解液中加入了所述的添加劑，不僅能夠有 效地提高電解液的耐過充性能，而且還能起到很好的阻燃效果，同時對充放電的循環性能 基本無影響。由含有這種添加劑的鋰離子電池電解液制備的鋰離子電池同樣具備了這些優 點，對鋰離子電池正常的充放電性能影響非常小，能夠滿足實際應用的需要。
圖1是本發明實施例1所得的鋰離子電池在0. 2C的倍率條件下過充20小時的電 壓-時間曲線圖，其中圖1(a)和圖1(b)分別是不含和含有5%添加劑的Li/LiCo02電池的 電壓-時間曲線圖；圖2是本發明實施例2所得的阻燃性能測試曲線圖。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明作進一步的詳細描述，但本發明并不限于下面的實 施例。實施例1向Imol · L^LiPFe/EC+DEC+DMC的電解液中添加質量百分數為5%的BFMB作為本 實施例的電解液。鋰離子電池的制備正極片中m(鈷酸鋰)m(乙炔黑)m(聚偏氟乙烯)= 85 7 8，金屬鋰作負極，Celgard MOO聚丙烯微孔膜，在充滿氬氣的手套箱中將前面所 得到的電解液加入，組裝成扣式2016型半電池。有關過充電測試結果見圖1，從該圖可以看出，電池進行過充試驗后，空白電池與 加有BFMB添加劑的電池表現出完全不同的電壓特征，即未加添加劑的電池過充后電池電 壓迅速升到5V，而加有添加劑的電池在過充時電壓于4. 5 4. 7V出現了一個很長的平臺后 迅速升至5V。再將電池拆開后可發現，加有BFMB的模擬電池，其正極及隔膜表面均附有一 層黑色固態沉積物，這就是BFMB在4. 5V 4. 7V進行電聚合生成的產物。發生電聚合反應 時，聚合產物沉積于正極表面，隨著反應進行，生成的聚合物不斷增加且覆蓋在正極和隔膜 表面，不僅阻斷了電荷的轉移，而且使電池內阻增大，從而抑制了電壓的升高，改善了電池 的安全性。由此可見，于電解液中加入一定量的BFMB，即可對電池起到很好的過充保護效 果。而對正常充放電，兩電池表現出基本相同的充放電性能，可見BFMB的存在對鈷酸鋰電 極的脫嵌鋰行為并不產生明顯影響。實施例2在手套箱中通過滲透作用把電解液吸到150mm、直徑8. Omm的玻璃纖維燈芯中，然 后在密閉的水平試管中保持Mh，使其達到平衡。燃燒試驗在一個封閉的小箱中進行，以防 止空氣流動的影響。吸足電解液的玻璃纖維燈芯置于水平的薄Ni絲網上，點燃樣品的一 端，記下火焰燃至離端頭(100士 l)mm處所需的時間，由此計算出火焰傳播速率。對未加和 加有添加劑的鋰離子電池電解液，試驗都重復進行5次。圖2顯示了 UL94測試中BFMB對電解液燃燒性能的影響。多次平行實驗結果表 明，添加5. Owt. % BFMB可使電解液的火焰傳播速率下降60. 23%，平均速率由103. 1降至 40. 48mm/min。這是由于BFMB分子結構中含有氟和溴原子，而鹵代芳香族合物具有抑制燃 燒的作用，因此BFMB起到了很好的阻燃效果，可以作為鋰離子電池電解液添加劑提高鋰離 子電池的熱安全性能。綜上所述，BFMB是一種優良的鋰離子電池雙功能電解液添加劑，可以為將來大大 提高安全性商品鋰離子電池的開發提供參考。
權利要求
1.一種防過充和阻燃的鋰離子電池電解液，其特征在于所述的鋰離子電池電解液中 含有4-溴-2-氟苯甲醚作為添加劑，添加劑在鋰離子電池電解液中所占的質量百分比為1% 10% ；另外，還含有溶劑EC+DEC+DMC，并且三者的質量比為1 1 1。
2.根據權利要求1所述的鋰離子電池電解液，其特征在于在Im0PL1LiPF6/ EC+DEC+DMC中添加質量百分比含量為5%的4-溴-2-氟苯甲醚作為鋰離子電池電解液。
3.權利要求1或2或3的鋰離子電池電解液在制備鋰離子電池中的應用，其特征在于 所述鋰離子電池采用權利要求1或2所述的鋰離子電池電解液。
全文摘要
本發明的目的是提供一種具有防過充和阻燃功能且對鋰離子電池負面影響小的鋰離子電池電解液。并提供了上述電解液在制備鋰離子電池中的應用。所述的鋰離子電池電解液中含有4-溴-2-氟苯甲醚作為添加劑，添加劑在鋰離子電池電解液中所占的質量百分比為1％～10％；另外，還含有溶劑EC+DEC+DMC，并且三者的質量比為1∶1∶1。本發明的有益效果是在鋰離子電池電解液中加入了所述的添加劑，不僅能夠有效地提高電解液的耐過充性能，而且還能起到很好的阻燃效果，同時對充放電的循環性能基本無影響。由含有這種添加劑的鋰離子電池電解液制備的鋰離子電池同樣具備了這些優點，對鋰離子電池正常的充放電性能影響非常小，能夠滿足實際應用的需要。
文檔編號H01M10/42GK102082293SQ201010612400
公開日2011年6月1日 申請日期2010年12月29日 優先權日2010年12月29日
發明者馮自平, 宋文吉, 張千玉, 陳永珍, 韓穎 申請人:中國科學院廣州能源研究所