[发明专利]一种高效低毒阻燃的锂电池电解液及其锂电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用新型磷酸酯电解液的锂电池。具体地涉及以一种或一种以上的磷酸酯为溶剂的电解液和包含这种电解液的锂电池，属于电化学和化学电源产品的技术领域。

背景技术

随着信息技术的飞速发展，便携式电子设备日益普及，对于高比能量电池的需求逐年增加。锂电池具有高电压、低自放电率、高能量密度等显著优点，正逐步取代传统电池不断扩展应用领域和市场份额。

然而，锂电池存在的安全性隐患一直是应用关心的首要问题。目前锂电池使用的电解液为易燃的碳酸酯(醚)的混合溶剂体系，当在过充，短路，受热等滥用的条件下，电池可能点火，燃烧或爆炸，引发不安全事故.

为了改善锂电池的安全性，美国专利US 6,589,697，US6,924,061，US6,589,697报道了以磷酸三甲酯(TMP)，磷酸三苯酯(TPP)，磷酸三丁酯(TBP)，三氟乙基磷酸酯(TFFP)等磷酸酯作为电解液添加剂，以降低电解液的可燃性。这些磷酸酯大都具有高粘度，高的凝固点，低的锂盐溶解度，较低磷含量，不能单独作为溶剂，即使作为添加剂也用量受限。当这类添加剂用量过多时对电池性能影响很大，且具有较大的毒性。因此，需要发展低毒性、高阻燃性、电化学兼容性的电解质溶液.

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效低毒阻燃的锂电池电解液及其锂电池，此电解液是以一种或一种以上的磷酸酯为纯溶剂或溶剂组分，这类磷酸酯化合物具有低粘度，低毒，较宽的电化学窗口和温度范围，同时具有高效阻燃效果。与现有的锂电池体系相比，采用这种电解液的锂电池不仅具有良好的电化学性能，且安全性大幅提高，具有更广的应用市场。

本发明的技术方案是：一种高效低毒阻燃的锂电池电解液，该电解液由磷酸酯溶剂和锂盐构成，其特征在于：一种或一种以上的磷酸酯作为纯溶剂，或作为溶剂组分，其磷酸酯是有1个或两个烷基与磷元素直接相连的链状磷酸酯或者环状磷酸酯，这些取代基X是烷基、酰基或酯基有机官能团。

如上所述的高效低毒阻燃的锂电池电解液，其特征在于：所述磷酸酯是：甲基磷酸二甲酯，乙基磷酸二乙酯，乙基磷酸二甲酯。

一种磷酸酯电解液的锂电池，其组成包括正极、负极、磷酸酯电解液和隔膜，其特征在于：采用上述的磷酸酯电解液。

本发明的原理如下：

1、磷酸酯电解液：

一种或一种以上的磷酸酯为纯溶剂或溶剂组分，其磷酸酯主要是有1个或两个烷基与磷元素直接相连的链状磷酸酯或者环状磷酸酯。这些取代基可以是烷基，羰基，酰基，酯基等有机官能团。电解质盐为常规使用的锂盐，如选自六氟磷酸锂(LiPF₆)、四氟硼酸锂(LiBF₄)、六氟砷酸锂(LiAsF₆)、高氯酸锂(LiClO₄)、三氟甲基磺酰亚胺锂(LiCF₃SO₃)、双三氟甲基磺酰亚胺锂(N(CF₃SO₂)₂)和三氟磺酰锂(LiCF₃SO₃)双乙二酸硼酸锂(LiBOB)中的至少一种。

上述磷酸酯电解液由下述方法制得：

将磷酸酯用4A锂化分子筛除水48小时，然后在无水无氧手套箱中将锂盐缓缓加入磷酸酯中，配成不同浓度电解液，组装电池。

电解质盐的浓度为0.1-5.0M。

2、正极，其组成包括：正极活性材料、导电材料和粘接剂，其中正极活性材料包含选自下列材料中的一种：金属或者非金属的氧化物，卤化物，含硫化合物，以及他们和锂氧化物的复合化合物。

其中导电剂为石墨、乙炔黑或者他们的混合物。

其中粘接剂为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯或其混合物。

3、负极：其组成包括负极活性材料、导电材料和粘接剂。

所述负极活性物质选自锂金属、含锂的合金、以及其它能够可逆地嵌入锂离子的化合物和可以在锂表面与锂离子进行可逆氧化还原作用的化合物；

其中导电剂为石墨、乙炔黑或者他们的混合物。

其中粘接剂为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素、丁苯橡胶或其混合物。

4、隔膜：为聚丙烯微孔膜。

与已有的技术相比，本发明的磷酸酯电解液及其锂电池具有两个突出的优点：

1)所采用的磷酸酯，具有绿色低毒，高磷含量，低粘度，宽的电位窗口，高的锂盐溶解度和合适的电导率，以及对正负极的电化学兼容性好。