[发明专利]电解液用阻燃添加剂及阻燃型锂离子电池电解液

说明书

技术领域

本发明属于电化学和化学电源产品的技术领域，具体为一种电解液用阻燃添加剂及阻燃型锂离子电池电解液，具体为含有氟代嗪环类化合物作为阻燃添加剂。

背景技术

锂电池具有比能量高、自放电率低、绿色等显著优点,是目前最有希望的未来能源体系。然而，目前锂电池使用的电解液组分为易燃的酯或者醚的混合溶剂体系，虽然其电化学性能优良，但是极易燃烧甚至引起爆炸,造成人员和财产损失，因此，开发具有不燃或者耐燃的锂电池电解液具有非常重要的应用价值。

目前开发的主要阻燃剂为磷酸酯（美国专利US2005277027-A1）和氟代醚（中国专利200910249883.9）等，但是这些化合物具有阻燃性能低以及负极稳定性差等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电解液用阻燃添加剂及阻燃型锂离子电池电解液，此电解液含有氟代嗪类化合物，具有很高效阻燃效能；这种电解液不仅对正负极具有良好的相容性，也对电池的性能影响很小，且大幅提高电池的燃烧安全性，具有更广的应用前景。

本发明采用的具体技术方案是：

一种电解液用阻燃添加剂，其特征在于，所述的阻燃添加剂为式Ⅰ的化合物，结构式如下所示：

一种阻燃型锂离子电池电解液，其特征在于：该电解液由四类成份组成：(A)锂盐，(B)碳酸酯类和/或醚类有机溶剂，(C)阻燃添加剂和(D)其他功能添加剂；

其中，(A)锂盐在此电解液中的摩尔浓度范围是：0.001-3摩尔/升；

(C)阻燃添加剂在此电解液中所占的质量比例范围是：0.1％-60％；

(D)其他功能添加剂在此电解液中的摩尔浓度范围是：0-2摩尔/升；

所述的(C)阻燃添加剂选自式Ⅰ的化合物，名称为三氟均三（TFT），结构式如下所示：

作为优选，其中，(A)锂盐在此电解液中的摩尔浓度范围是：0.5-1.5摩尔/升；

(C)阻燃添加剂在此电解液中所占的质量比例范围是：10％-35％；

(D)其他功能添加剂在此电解液中的摩尔浓度范围是：0.1-1摩尔/升。

作为优选，所述的(B)碳酸酯类和/或醚类有机溶剂，为两种或三种组分的组合，为两种组分时各个组分的用量比例为2:1-1:2；为三种组分时各个组分的用量比例为1:（1-2）:（1-2）。

其中，所述的(A)锂盐可以是具有如下分子式的化合物中的一种或几种的混合物：LiBF₄，LiPF₆，LiN(SO₂CF₃)₂，LiFSI,LiBOB,LiSO₃CF₃。

所述的(B)碳酸酯类有机溶剂为环状碳酸酯类和/或链状碳酸酯类化合物。

所述的醚类有机溶剂选自四氢呋喃(THF)、2-甲基四氢呋喃(2-Methyl-THF)、1，3-二氧环戊烷(DOL)、二甲氧基甲烷(DMM)、1，2-二甲氧基乙烷(DME)和二甘醇二甲醚(dimethyl carbitol)中的一种或几种的混合物。

所述的环状碳酸酯类化合物优选自碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、γ-丁内酯(GBL)和碳酸亚丁酯(BC)中的一种或几种的混合物；所述的链状碳酸酯类化合物优选自碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸甲基乙基酯(EMC)、以及碳数为3-8的直链或支链脂肪单醇与碳酸合成的碳酸酯衍生物中的一种或几种的混合物。

所述的(D)其他功能添加剂可以是下列化合物中的一种或几种的混合物：联苯(BP)，碳酸亚乙烯酯(VC)，碳酸乙烯亚乙酯(VEC)，氟代碳酸乙烯酯(FEC)，1、3-丙磺酸内酯(PS)，1、4-丁磺酸内酯(BS)，1、3-(1-丙烯)磺内酯(PST)，亚硫酸乙烯酯(ES)，硫酸乙烯酯(ESA)，环己基苯(CHB)，叔丁基苯(TBB)，叔戊基苯(TPB)和丁二氰(SN)。

本发明所述的阻燃型锂离子电池电解液应用于锂一次电池、锂二次电池以及锂离子电池中。

本发明的有益效果是：本专利采用了新型的阻燃剂组分-氟代嗪类，氟代嗪类化合物同时含有氮和氟两类阻燃元素，氮、氟元素都具有具有阻燃作用，并且氟的存在大大增加了这种溶剂对负极的稳定性以及电解液的粘度，氟代嗪类化合物的添加将可以大大提高电解液的安全性能。