[发明专利]一种热应激型防热失控电解液及其在二次电池中的应用

说明书

本发明涉及电解液，具体的说是一种热应激型防热失控电解液及其在二次电池中的应用。该电解液包括添加剂、盐，添加剂为苯并噁嗪类化合物，能在热引发下聚合生成具有阻燃功能的富酚结构的聚苯并噁嗪，进而预防电池热失控。该电解液也包括有机溶剂，该电解液组装的二次电池在针刺实验中能避免电池的起火和爆炸，具有高安全性。

技术领域

本发明涉及二次电池领域，具体的说是一种热应激型防热失控电解液及其在二次电池中的应用。

背景技术

由于能量密度高，可靠性好等优点，锂离子电池已经广泛应用于移动设备、电动汽车、智能电网等领域，正朝着更高能量密度的方向发展。与此同时，其他二次电池如钠电池、镁电池、锌电池等也受到大家的广泛关注。目前商业化的二次电池广泛采用易挥发、易燃、易爆的有机电解液，存在一定的安全隐患，在电池被挤压、过充、穿刺等滥用情况下存在较大的热失控风险。因此，向电解液中加入添加剂来明显降低或消除二次电池的热失控风险具有重要而现实的意义。

目前公开的防热失控电解液中的添加剂，主要是应用于二次锂离子电池中，包括正极或负极添加剂（CN108091879A），电解液添加剂（CN108615941A）以及电芯外部的细水雾添加剂（CN109568870A）。其中，专利CN108091879A在正负极浆料中添加正温度系数的热敏材料，当电池温度升高时电阻增加，从而避免电池热失控风险。然而，该添加剂含有有毒的过渡金属离子，同时并不能解决电解液燃烧或爆炸的风险；专利CN108615941A公开的防热失控添加剂是在电池温度升高时添加剂发生聚合，从而避免电池短路引起的热失控风险。然而，这种添加剂本身也是可燃的；专利CN109568870A公开了一种电池外部使用的细水雾添加剂。该添加剂在电池温度升高时具有降温作用，在发生热失控时具有一定的灭火作用，但是该添加剂只能从电池外部发挥作用，并不能从根本上避免电池热失控风险。综上可知，目前公开的防热失控的电解液中的添加剂都存在一定的局限性，而新颖的热失控添加剂亟待进一步研究和开发。

鉴于易燃易爆的电解液是电池热失控的关键因素，开发电解液的防热失控添加剂是避免电池安全风险的最有效、最直接的途径。据报道，在电解液燃烧过程中燃烧基（氢自由基、单线态氧和氢氧自由基）在维持燃烧过程中扮演着极为重要的角色（Journal ofPower Sources, 2009, 193(2), 855-858；储能科学与技术, 2018, 7, 1040-1059）。因此，开发具有淬灭燃烧功能的添加剂是阻断电解液燃烧的绝佳选择。理想的电解液热失控添加剂应该具备以下条件：（1）对电池的运行有益或没有明显的副作用；（2）在电池发生短路的瞬间，能够吸收热量迅速聚合生成高分子化合物，进而阻断电池的短路；（3）生成的高分子化合物具有淬灭燃烧基的功能，从而阻断电池的燃烧或爆炸。据报道，苯并噁嗪类化合物可以热引发聚合生成热固型阻燃功能的苯酚类聚合物。而且，反应过程为吸热反应，且膨胀系数低，反应迅速。鉴于苯并噁嗪类具有较高的化学和电化学稳定性，且易溶于电解液中，因此苯并噁嗪类化合物有望作为二次电池的电解液添加剂来降低或避免电池的热失控风险。

综上，目前商业化的二次电池存在热失控风险，而引入添加剂是解决方案之一。目前公开的防热失控添加剂存在诸多缺陷，限制了其广泛应用。苯并噁嗪类化合物可以热引发聚合生成热固型阻燃功能的富酚类聚合物，作为一种二次电池的热失控添加剂具有重要的应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热应激型防热失控电解液及其在二次电池中的应用。

为实现上述目的本发明采用的技术方案为：

一种热应激型防热失控电解液，所述电解液包括添加剂、盐，所述添加剂为苯并噁嗪类化合物。苯并噁嗪类化合物能在热引发下（80-150 ^oC）聚合生成具有阻燃功能的富酚类聚合物，进而预防电池热失控。

所述电解液还包括有机溶剂。

所述苯并噁嗪类化合物结构如通式1所示：

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