本發(fā)明涉及鋰離子電池制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種鋰離子電池用電解液安全添加劑。

背景技術(shù)：

近年來，便攜式電子產(chǎn)品、電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能電站等領(lǐng)域的快速發(fā)展，對(duì)能量貯存技術(shù)提出了更高的要求。鋰離子電池由于其高的能量密度而成為這些領(lǐng)域的首要選擇，并且其能量密度也越來越高。伴隨著鋰離子電池能量密度越來越高，它面臨的安全問題越來越嚴(yán)峻，已經(jīng)嚴(yán)重限制了高能量密度鋰離子電池的終端使用。

鋰離子電池的安全問題主要是由于電池?zé)崾Э禺a(chǎn)生的。電池內(nèi)部因?yàn)楫惓．a(chǎn)熱反應(yīng)，導(dǎo)致電池內(nèi)部溫度持續(xù)升高，繼而引發(fā)更多產(chǎn)熱副反應(yīng)，導(dǎo)致電池起火甚至爆炸，從而嚴(yán)重威脅使用者的生命財(cái)產(chǎn)安全。

為了改善這一問題，人們采用各種策略來提高鋰離子電池的安全特性?？梢圆捎萌缦路椒ǎ?、是通過陶瓷涂層提高隔膜的熱穩(wěn)定性，避免因?yàn)楦裟崾湛s而引起正負(fù)極接觸，從而減緩熱失控反應(yīng)；2、在隔膜上涂覆在特定溫度下融化的聚合物，利用聚合物的融化，阻斷電池內(nèi)部正負(fù)極之間的鋰離子傳導(dǎo)通道，從而避免電池?zé)崾Э氐募觿　?/p>

目前方法1已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，并且能夠顯著改善鋰離子電池的安全特性，但是由于涂覆陶瓷的隔膜僅能提高隔膜的熱穩(wěn)定性，并不能阻斷產(chǎn)熱副反應(yīng)，因此其改善效果有限。方法2 可以部分遏制電池的熱失控反應(yīng)，但是由于鋰離子電池電極通常都是多孔電極，電解液填充在豐富的電極空隙中；雖然正負(fù)極之間的鋰離子傳導(dǎo)被阻斷，但是電極內(nèi)部活性物質(zhì)與電解液的反應(yīng)仍然在繼續(xù)進(jìn)行，會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致熱量積累引發(fā)熱失控反應(yīng)。上述兩種處理方法的缺點(diǎn)在于，其都是對(duì)鋰離子電池隔膜進(jìn)行處理或采用新材料，但是其不能完全從源頭遏制鋰離子電池內(nèi)部產(chǎn)熱反應(yīng)的發(fā)生和持續(xù)惡化，甚至?xí)觿∵@種產(chǎn)熱反應(yīng)，使得在某一時(shí)段內(nèi)，鋰離子電池變得更加容易發(fā)生自燃或爆炸。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種能夠提高鋰離子電池高溫安全性能，能夠抑制鋰離子電池內(nèi)部溫度異常升高的鋰離子電池用電解液安全添加劑。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種鋰離子電池用電解液安全添加劑，由以下重量份的原料制得：低熔點(diǎn)聚合物7份、導(dǎo)電劑8～18份、粘結(jié)劑10～20份、分散劑1～2份和無水乙醇20～25份。

本電解液安全添加劑中添加有低熔點(diǎn)聚合物，制得的添加劑在正常情況下均勻懸浮在電解液中，當(dāng)鋰離子電池內(nèi)部溫度升高后并到達(dá)一定溫度后，低熔點(diǎn)聚合物會(huì)發(fā)生融化，從而也造成本添加劑融化成薄片狀，甚至眾多添加劑顆粒融合，變成能夠增加電池內(nèi)阻的隔層，進(jìn)而降低電解液內(nèi)部的離子遷移，降低電池內(nèi)部的產(chǎn)熱作用，保證鋰離子電池的使用安全。

作為優(yōu)選，低熔點(diǎn)聚合物為低密度聚乙烯、聚乙烯蠟、聚丙烯或聚丙烯蠟中的一種或多種的混合物。

作為優(yōu)選，導(dǎo)電劑為乙炔炭黑、科琴黑、碳纖維或碳納米管中的一種或多種的混合物。

乙炔炭黑、科琴黑、碳纖維和碳納米管都是良好的導(dǎo)電劑，在聚合物中適量摻雜能夠增加聚合物混合物的導(dǎo)電性，其中采用粒徑適中并均勻的乙炔炭黑作為本發(fā)明中添加劑中的導(dǎo)電劑，能夠使添加劑對(duì)電解液導(dǎo)電性能的不良影響降低到最小。

作為優(yōu)選，粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯和超高分子量聚乙烯以重量比2.5～4：1制得的混合物。

聚偏氟乙烯和超高分子量聚乙烯相配合可以增強(qiáng)粘結(jié)性能，對(duì)添加劑中的其他組分起到粘結(jié)的作用使各種原料混合后，能夠均勻的連接在一起。同時(shí)聚偏氟乙烯還具有一定的PTC效應(yīng)，在溫度升高時(shí)電阻迅速增大，在起到粘結(jié)劑的作用時(shí)，還可以在高溫環(huán)境下保護(hù)電池，減緩或者組織電池內(nèi)部發(fā)生產(chǎn)熱反應(yīng)；同時(shí)添加的超高分子量聚乙烯可以提高聚偏氟乙烯的電阻穩(wěn)定性，在正常溫度下能夠在添加劑內(nèi)部導(dǎo)電劑的配合下，將添加劑對(duì)電池內(nèi)阻的影響降到最低，此外在聚偏氟乙烯中添加合適種類合適添加量的導(dǎo)電劑還能夠調(diào)節(jié)其正溫度系數(shù)效應(yīng)的特性，使其電阻激增的溫度符合使用需求；超高分子量聚乙烯還能夠消除聚偏氟乙烯在高溫時(shí)發(fā)生NTC效應(yīng)的概率，保證鋰離子電池不發(fā)生過熱反應(yīng)，保證鋰離子電池使用過程中的安全。

由于本發(fā)明中電解液添加劑具有正溫度系數(shù)效應(yīng)，正常情況下，其不會(huì)影響負(fù)極的導(dǎo)電性能，能夠使得電池正常運(yùn)行，當(dāng)鋰離子電池內(nèi)部由于某些原因溫度升高時(shí)（溫度升高到120℃以上時(shí)），電解液添加劑的正溫度系數(shù)效應(yīng)發(fā)揮作用，使得電解液的內(nèi)阻迅速上升，從而降低鋰離子電池內(nèi)部的電流，進(jìn)而降低鋰離子電池內(nèi)部的產(chǎn)熱反應(yīng)，從而保證鋰離子電池使用的安全。

作為優(yōu)選，分散劑為羧甲基纖維素或乙烯基雙硬脂酰胺中的一種。

作為優(yōu)選，粘結(jié)劑中的聚偏氟乙烯在添加前經(jīng)以下處理：先將聚偏氟乙烯在200～250℃下烘烤10～40分鐘，然后在10～40℃水中淬火；接著將淬火后的聚偏氟乙烯在1.5～2.5MV/cm極化電場下極化5～20分鐘，然后粉碎至100～150目。

市售的聚偏氟乙烯通常是α晶型的聚偏氟乙烯，而且α晶型的聚偏氟乙烯也通常便宜一些，但是α晶型的聚偏氟乙烯沒有正溫度系數(shù)效應(yīng)，只有β晶型的聚偏氟乙烯具有正溫度系數(shù)效應(yīng)，因此聚偏氟乙烯需要在使用前進(jìn)行預(yù)處理，即將α晶型的聚偏氟乙烯盡量多的轉(zhuǎn)換成β晶型的聚偏氟乙烯，高溫處理后的淬火處理就是為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的；熱處理+淬火的處理只能使部分α晶型的聚偏氟乙烯發(fā)生晶型轉(zhuǎn)換，同時(shí)所獲得的β晶型聚偏氟乙烯在效果和晶粒尺寸方面較差，因此需要在添加電場計(jì)劃步驟，進(jìn)一步改善聚偏氟乙烯的相關(guān)特性。

作為優(yōu)選，鋰離子電池用電解液安全添加劑通過以下步驟制得：

a）取原料中一半無水乙醇，向其中加入導(dǎo)電劑和加入分散劑，超聲分散10～15分鐘，制得混合A液；

b）在另一半無水乙醇中加入粘結(jié)劑和低熔點(diǎn)聚合物，超聲分散直至粘結(jié)劑和低熔點(diǎn)聚合物完全溶解，制得混合B液；

c）將混合B液緩慢加入到混合A液中，加入時(shí)低速攪拌，混合A液加完后再低速攪拌20～30分鐘，制得混合液；

d）將混合液在30～60℃除去無水乙醇，然后將得到的固體粉碎至400～600目，制得鋰離子電池用電解液安全添加劑。

作為優(yōu)選，步驟a和步驟b中，超聲分散時(shí)加熱至30～50℃。

作為優(yōu)選，步驟c中，低速攪拌的速率為5～10rpm。

作為優(yōu)選，步驟c中，混合B液添加到混合A液的過程在10～20分鐘內(nèi)完成。

因此，本發(fā)明具有以下有益效果：本鋰離子電池用電解液添加劑添加到鋰離子電池電解液中后能夠改善電解液的安全性能，同時(shí)也可以使得組裝而成的鋰離子電池在高溫下能夠自動(dòng)停止產(chǎn)熱反應(yīng)保證鋰離子電池在使用過程中產(chǎn)生的熱量不至于威脅到鋰離子電池的正常使用和使用安全。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明。

顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例1

一種鋰離子電池用電解液安全添加劑，由以下重量份的原料制得：低熔點(diǎn)聚合物7份、導(dǎo)電劑8份、粘結(jié)劑10份、分散劑1份和無水乙醇20份；

低熔點(diǎn)聚合物為低密度聚乙烯，導(dǎo)電劑為乙炔炭黑，粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯和超高分子量聚乙烯以重量比2.5：1制得的混合物，分散劑為羧甲基纖維素；

粘結(jié)劑中的聚偏氟乙烯在添加前經(jīng)以下處理：先將聚偏氟乙烯在200℃下烘烤10分鐘，然后在10℃水中淬火；接著將淬火后的聚偏氟乙烯在1.5MV/cm極化電場下極化5分鐘，然后粉碎至100目。

鋰離子電池用電解液安全添加劑通過以下步驟制得：

a）取原料中一半無水乙醇，向其中加入導(dǎo)電劑和加入分散劑，超聲分散10分鐘，制得混合A液；超聲分散時(shí)加熱至30℃；

b）在另一半無水乙醇中加入粘結(jié)劑和低熔點(diǎn)聚合物，超聲分散直至粘結(jié)劑和低熔點(diǎn)聚合物完全溶解，制得混合B液；超聲分散時(shí)加熱至30℃；

c）將混合B液緩慢加入到混合A液中，加入時(shí)低速攪拌，混合A液加完后再低速攪拌20分鐘，制得混合液；混合B液添加到混合A液的過程在10分鐘內(nèi)完成；低速攪拌的速率為5rpm；

d）將混合液在30℃除去無水乙醇，然后將得到的固體粉碎至400目，制得鋰離子電池用電解液安全添加劑。

實(shí)施例2

一種鋰離子電池用電解液安全添加劑，由以下重量份的原料制得：低熔點(diǎn)聚合物7份、導(dǎo)電劑12份、粘結(jié)劑14份、分散劑1份和無水乙醇22份；

低熔點(diǎn)聚合物為聚乙烯蠟，導(dǎo)電劑為科琴黑，粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯和超高分子量聚乙烯以重量比3：1制得的混合物，分散劑為羧甲基纖維素；

粘結(jié)劑中的聚偏氟乙烯在添加前經(jīng)以下處理：先將聚偏氟乙烯在220℃下烘烤20分鐘，然后在20℃水中淬火；接著將淬火后的聚偏氟乙烯在2MV/cm極化電場下極化10分鐘，然后粉碎至120目。

鋰離子電池用電解液安全添加劑通過以下步驟制得：

a）取原料中一半無水乙醇，向其中加入導(dǎo)電劑和加入分散劑，超聲分散12分鐘，制得混合A液；超聲分散時(shí)加熱至35℃；

b）在另一半無水乙醇中加入粘結(jié)劑和低熔點(diǎn)聚合物，超聲分散直至粘結(jié)劑和低熔點(diǎn)聚合物完全溶解，制得混合B液；超聲分散時(shí)加熱至35℃；

c）將混合B液緩慢加入到混合A液中，加入時(shí)低速攪拌，混合A液加完后再低速攪拌25分鐘，制得混合液；混合B液添加到混合A液的過程在15分鐘內(nèi)完成；低速攪拌的速率為7rpm；

d）將混合液在40℃除去無水乙醇，然后將得到的固體粉碎至450目，制得鋰離子電池用電解液安全添加劑。

實(shí)施例3

一種鋰離子電池用電解液安全添加劑，由以下重量份的原料制得：低熔點(diǎn)聚合物7份、導(dǎo)電劑14份、粘結(jié)劑16份、分散劑2份和無水乙醇23份；

低熔點(diǎn)聚合物為聚丙烯，導(dǎo)電劑為碳纖維，粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯和超高分子量聚乙烯以重量比3.5：1制得的混合物，分散劑為乙烯基雙硬脂酰胺；

粘結(jié)劑中的聚偏氟乙烯在添加前經(jīng)以下處理：先將聚偏氟乙烯在230℃下烘烤30分鐘，然后在30℃水中淬火；接著將淬火后的聚偏氟乙烯在2MV/cm極化電場下極化15分鐘，然后粉碎至130目。

鋰離子電池用電解液安全添加劑通過以下步驟制得：

a）取原料中一半無水乙醇，向其中加入導(dǎo)電劑和加入分散劑，超聲分散13分鐘，制得混合A液；超聲分散時(shí)加熱至45℃；

b）在另一半無水乙醇中加入粘結(jié)劑和低熔點(diǎn)聚合物，超聲分散直至粘結(jié)劑和低熔點(diǎn)聚合物完全溶解，制得混合B液；超聲分散時(shí)加熱至45℃；

c）將混合B液緩慢加入到混合A液中，加入時(shí)低速攪拌，混合A液加完后再低速攪拌25分鐘，制得混合液；混合B液添加到混合A液的過程在16分鐘內(nèi)完成；低速攪拌的速率為8rpm；

d）將混合液在50℃除去無水乙醇，然后將得到的固體粉碎至550目，制得鋰離子電池用電解液安全添加劑。

實(shí)施例4

一種鋰離子電池用電解液安全添加劑，由以下重量份的原料制得：低熔點(diǎn)聚合物7份、導(dǎo)電劑18份、粘結(jié)劑20份、分散劑2份和無水乙醇25份；

低熔點(diǎn)聚合物為聚丙烯蠟，導(dǎo)電劑為碳納米管，粘結(jié)劑為聚偏氟乙烯和超高分子量聚乙烯以重量比4：1制得的混合物，分散劑為乙烯基雙硬脂酰胺；

粘結(jié)劑中的聚偏氟乙烯在添加前經(jīng)以下處理：先將聚偏氟乙烯在250℃下烘烤40分鐘，然后在40℃水中淬火；接著將淬火后的聚偏氟乙烯在2.5MV/cm極化電場下極化20分鐘，然后粉碎至150目。

鋰離子電池用電解液安全添加劑通過以下步驟制得：

a）取原料中一半無水乙醇，向其中加入導(dǎo)電劑和加入分散劑，超聲分散15分鐘，制得混合A液；超聲分散時(shí)加熱至50℃；

b）在另一半無水乙醇中加入粘結(jié)劑和低熔點(diǎn)聚合物，超聲分散直至粘結(jié)劑和低熔點(diǎn)聚合物完全溶解，制得混合B液；超聲分散時(shí)加熱至50℃；

c）將混合B液緩慢加入到混合A液中，加入時(shí)低速攪拌，混合A液加完后再低速攪拌30分鐘，制得混合液；混合B液添加到混合A液的過程在20分鐘內(nèi)完成；低速攪拌的速率為10rpm；

d）將混合液在60℃除去無水乙醇，然后將得到的固體粉碎至600目，制得鋰離子電池用電解液安全添加劑。

對(duì)添加上述實(shí)施例中電解液添加劑的鋰離子電池進(jìn)行性能測(cè)試，在電池內(nèi)部溫度達(dá)到110～130℃時(shí)電池的充放電電流迅速減小，甚至停止充放電，避免了鋰離子電池因持續(xù)高溫發(fā)生自燃爆炸等事故。

應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。