[发明专利]锂电池电解质的添加剂与使用其的锂电池电解质

说明书

技术领域

本发明为一种锂电池电解质的添加剂与使用其的锂电池电解质，特别是指一种能有效减缓锂电池温度上升造成爆炸起火的锂电池电解质的添加剂与使用其的锂电池电解质。

背景技术

现今科技进步，各式各样的消费电子产品极需大量且轻便的电力供应，而锂电池为目前所公认最佳的解决方案，锂电池具有重量轻、充电效率高且几无记忆效应等优点，使得锂电池成为现今生活不可或缺的产品。

但是，锂电池的液态电解质一直为人所诟病的是它的安全性，锂电池电解质容易因为高温、过充电而分解产生二氧化碳(CO2 )气体，造成锂电池胀气漏液而使循环寿命变差，或者因为锂电池所使用低闪点的溶剂，当温度大于溶剂的闪点时，而使锂电池爆炸起火、热暴走，造成热失控现象(Thermal runaway)，危及使用者的安全。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能有效减缓锂电池温度上升造成爆炸起火的锂电池电解质的添加剂与使用其的锂电池电解质。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种锂电池电解质的添加剂，至少包含一起始剂，其中该起始剂高于一默认温度下分解产生自由基。

进一步地，其中该起始剂具有-N=N-或-O-O-的官能基。

进一步地，其中该起始剂为偶氮二异丁腈或二苯甲酰。

进一步地，其中该默认温度为60-120℃。

本发明还提供一种锂电池电解质，至少包含

如以上所述的锂电池电解质的添加剂；

一碳酸酯类；以及

一锂盐。

进一步地，其中该碳酸酯类为环状碳酸酯类和链状碳酸酯类中的至少一个。

进一步地，其中该碳酸酯类为乙基甲基碳酸酯、二乙基碳酸酯、二甲基碳酸酯、乙烯碳酸酯、丙烯碳酸酯和γ-丁基内酯中的至少一个。

进一步地，其中该锂盐是C、N、B和Al中的至少一个为中心原子的锂盐。

进一步地，其中该锂盐为LiPF6、LiBOB、LiBF4和LiClO4中的至少一个。

进一步地，其中该锂电池电解质的添加剂含量占该锂电池电解质总含量的0.05~10 wt%。

本发明所揭露一种锂电池电解质的添加剂可至少包含起始剂，其中起始剂可高于默认温度下分解产生自由基。

本发明所揭露一种锂电池电解质可至少包含如前所述的添加剂、碳酸酯类以及锂盐。

本发明将起始剂当作锂电池电解质的添加剂来使用，当在锂电池不正常的使用下时，造成能量累积导致锂电池的温度上升，当温度大于约70℃以上时，具有起始剂的锂电池电解质开始发生聚合反应，而有效阻止锂离子传递速度，进而减缓锂电池温度上升，而阻止锂电池产生胀气漏液或爆炸起火、热暴走，危及使用者的安全，大大提升电池安全性。

通常添加剂的用量可不超过5wt%，锂电池内部反应错综复杂，而电解质主成分可为乙烯碳酸酯(EC)，在充放电过程中容易形成乙烯，请参考以下反应式所示，

                                                 

或在高温下，链状碳酸酯容易发生酯交换而产生乙烯，请参考以下反应式所示，

所以本发明利用锂电池内部所产生的乙烯，与添加诸如偶氮二异丁腈(AIBN)或二苯甲酰（BPO)等起始剂发生聚合反应，也就是说，当锂电池不当使用发生过充电、锂电池温度超过约70℃时，就会开启聚合反应，因而减缓锂离子扩散速度，抑制链锁反应避免爆炸起火、热暴走。

此外，可添加诸如偶氮二异丁腈(AIBN)或二苯甲酰（BPO)等起始剂于锂电池电解质后，锂电池电解质容易产生自由基，而促使环状碳酸酯类开环形成碳酸酯的固态电解质介质(Solid Electrolyte Interphase、SEI)，能有效促进固态电解质介质膜形成，因而降低固态电解质介质膜的阻抗；对正极而言，固态电解质介质聚合物也会于正极形成保护膜层，而避免过渡金属离子溶出。

附图说明

图1为比较锂电池电解质添加起始剂后对热性质产生影响的DSC热分析图；

 图2为本发明第三实施例的锂电池充放电特性分析图；

 图3为本发明第四实施例的锂电池充放电特性分析图；

 图4为本发明第三实施例的锂电池的固态电解质介质膜的交流电阻抗分析图；

 图5a为本发明第三实施例的锂电池X射线光电子能谱正极表面钴元素成分图；

 图5b为本发明第三实施例的锂电池X射线光电子能谱正极表面氮元素成分图；