[发明专利]一种用于电解液的组合物

说明书

本发明公开了一种用于电解液的组合物，所述组合物包括含氟酮和助溶剂，所述助溶剂选自氟代碳酸酯、氟代芳香烃和氟代醚中的至少一种。本发明的组合物提高了含氟酮溶解度，具有降低电解液粘度，提高电池倍率性能、高温性能、循环性能，改善电池安全性等优点。

技术领域

本发明涉及锂离子电池电解液领域，特别涉及通过助溶剂增加含氟酮尤其是全氟-2-甲基-3-戊酮在电解液中溶解性的组合物及方法。

背景技术

锂离子电池具有循环性能好、比能量高等显著优点，近年来广泛应用于各类数码产品、动力储能和汽车动力电池等各种领域。锂电池的正极为含锂的过渡金属化合物类和磷酸盐类，负极目前多采用碳质材料或硅碳复合材料，电解液则是由锂盐、溶剂及少量其它的添加剂复配而成；其中，锂盐以六氟磷酸锂为主，溶剂以碳酸酯类混合溶剂为主。在锂离子电池中，锂电的负极活性很强，满充电态的负极具有接近金属锂的还原电位，电解液视溶剂配比的差异，也是可燃或是易燃的。

锂离子电池的能量密度高，一旦发生热失控反应时，内部短路的火花和高温容易导致电池外壳破裂，泄露出来的电解液很容易被引燃从而引发进一步的燃烧和热量释放，导致起火引发事故。因此锂电池的安全性仍存在较大隐患。

电解液作为锂离子电池传导锂离子的基本介质，类似于电池的“血液”，其性质对电池的性能，包括其容量发挥、工作温度范围、循环性能及安全性能等有重要的甚至是决定性的影响，改善电解液是增强锂离子电池安全性的一条重要途径。

为了改善锂离子电池的安全性能，在电解液方面展开工作，目前常见的方法有：

(1)在电解液中使用较多的高沸点溶剂，如含量较高的碳酸丙烯酯、γ-丁内酯甚至某些砜类溶剂。这类溶剂的沸点较高，闪点也比线性碳酸酯(如碳酸二甲酯)等高得多，有利于提高电解液的闪点。但这类方法不能改变电解液可燃的特性，同时高沸点的溶剂往往粘度也比较高，对电池的如内阻、倍率性能等性能具有不良的影响。因此其提升的效果并不理想，运用得比较少。

(2)在电解液中添加阻燃性的添加剂，特别是磷酸酯类，常用的方案有磷酸烷基酯，如磷酸三甲酯(TMP)、磷酸三乙酯(TEP)、甲基磷酸二甲酯(DMMP)、乙基磷酸二乙酯(DEEP)、亚乙基磷酸甲酯等研究得比较多；芳香基磷酸酯类，如磷酸三苯酯(TPP)等也可以提高电解液的自熄时间。磷酸酯类具有较好的阻燃特性和良好的正极上的耐氧化性，但在锂电池的石墨负极上不够稳定，容易发生还原分解，且无法形成稳定性好的表面膜，因此含有磷酸酯类的电解液其循环性能比较差，难以达到实用的水平，因此也不够理想。

近几年来，在电解液中增加阻燃性的三聚磷腈类物质得到了一定程度的应用。这类物质在电极上稳定性好，阻燃效果甚至优于磷酸酯类，是目前最为看好的阻燃添加剂类。但是，三聚磷腈类化合物的粘度偏大(常温下1.2mPa·S，高于DEC的0.75mPa·S)，售价较高，电解液中为了达到阻燃需要添加较高的含量(如10％～15％)，导致电池性能损失较多，成本方面也显著上升，影响了这一方案的商业推广。

鉴于以上不足，本发明人努力尝试寻找更好的解决方案，以减少磷腈类添加剂对电池性能的消极影响。本发明人发现，含氟酮具有这方面的潜质，特别是全氟-2-甲基-3-戊酮，粘度在25℃下仅为0.39mPa·S，比碳酸二甲酯DMC还要低得多(0.59mPa.s)，灭火浓度范围在4％～6％，臭氧耗损潜能值(ODP)值为0，全球温室效应值(GWP)为1，属于绿色环保化合物，对环境、人体的危害几近为零，是一种非常理想的灭火剂。王青松等还报道(doi:10.1115/1.4039418)使用CO₂灭火剂灭火后，锂离子电池可能发生复燃，但全氟-2-甲基-3-戊酮可有效熄灭锂离子电池火灾。鉴于全氟-2-甲基-3-戊酮较好的灭火性能且对环境无污染的特性，如果将其用于电解液中，利用其蒸气压较高的特性(25℃时约为40Kpa)，以期达到降低电解液气相成分中溶剂的分压，起到阻止电池燃烧或者延长电池起燃时间的效果。