N-脂肪酰谷氨酸作為凝膠因子提高鋰電池安全性的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種N-脂肪酰谷氨酸作為凝膠因子提高鋰電池安全性的方法，電池化成后，在電解液中按照0.5～5wt%的比例添加N-脂肪酰谷氨酸凝膠因子，加熱到50℃～55℃，保溫24小時以上，使膠凝因子在電解液的有機溶劑中加熱溶解，然后冷卻到室溫即可。采用N-脂肪酰谷氨酸作為凝膠因子，從而將富余游離態(tài)的電解液轉化為凝膠態(tài)電解液，待游離態(tài)電解液消耗完成后，凝膠態(tài)的電解液在高溫條件下又可變?yōu)橛坞x態(tài)的電解液；防止電池在使用過程中富余游離態(tài)的電解液滲漏而導致電池發(fā)生燃燒、爆炸等安全事故，從而保證鋰電池在使用過程中的安全性。
【專利說明】N-脂肪酰谷氨酸作為凝膠因子提高鋰電池安全性的方法
[0001]
【技術領域】
[0002]本發(fā)明提供一種N-脂肪酰谷氨酸作為凝膠因子提高鋰電池安全性的方法，在電池內部添加凝膠因子N-脂肪酰谷氨酸，將富余游離的電解液變?yōu)槟z態(tài)電解液，提高鋰電池安全性的方法，屬于動力電池生產方法【技術領域】。
技術背景
[0003]鋰離子電池具有能量密度高、無記憶效應、工作溫度范圍寬、循環(huán)壽命長及對環(huán)境友好等優(yōu)點，是可供選擇綜合性能最好的可充電電池(二次電池)。目前商業(yè)化的鋰離子電池多以液態(tài)的、具有高的凝固點和較低的粘度有機物作為溶劑，在其中加入鋰鹽作為電解質復配形成液態(tài)電解液。液態(tài)電解液的使用使得制備過程變得復雜，此外由于有機溶劑的易揮發(fā)性和流動性，如果封裝不當，會出現(xiàn)電池電解質的穩(wěn)定性下降，導致鋰離子電池的使用壽命縮短，甚至出現(xiàn)起火爆炸等安全性問題。所以降低電解液中有機溶劑的流動性和揮發(fā)性，是提高鋰離子電池安全性能的重要途徑。通過膠凝劑形成的凝膠電解液，能大大降低電解液的流動性和揮發(fā)性，且具有較高的離子電導率，具有廣泛的應用前景。
[0004]凝膠態(tài)電解液是指在電池制作過程中在電池底部添加一定比例的本發(fā)明凝膠因子N-脂肪酰谷氨酸，電池化成完成后入庫前將電池加熱到50°C~55°C，保溫24小時以上，讓膠凝因子在電解液的有機溶劑中加熱溶解，在冷卻過程中，通過氫鍵、配位、范德華力作用、靜電、n-n堆積等分子間相互作用自組裝形成纖維狀結構，這些纖維結構進一步纏繞形成三維網(wǎng)絡結構，從而通過液固界面張力使溶劑分子失去流動性而形成。其獨特的網(wǎng)絡結構使凝膠同時具有固體的粘彈性和液體的分散性。
[0005]目前常用的膠凝劑有兩類:聚合物膠凝劑(歐洲專利N0.1054465 ;美國專利N0.6150455, N0.6420072 ;日本專利 N0.2001123073, N0.2001176556, N0.2002279826,N0.2001135353)和低分子量膠凝劑(Terech P.，Weiss R.G.Chem.Rev.1997,97,3133；Lebel 0., Perron Μ., Maris T.etc., Chem.Mater., 2006,18, 3616 ;中國專利 N0.1385416, N0.101239933 ;日本專利N0.2004099478)。雖然聚合物膠凝劑的使用可以使鋰離子電池漏液問題得到緩解，在一定程度上提高了鋰離子電池的安全性，但是由于鋰離子電池中常用六氟磷酸鋰等作為電解質鹽，可導致聚合物分解，從而引起耐久性的問題。對于低分子量膠凝劑而言，盡管目前存在多種低分子量有機膠凝劑使有機溶劑形成凝膠，但將其應用到鋰離子電池電解液中仍存在以下不足:一些低分子量膠凝劑能夠形成凝膠的有機溶劑非常有限，對鋰離子電池電解液的有機溶劑并不適用，即不能使鋰離子電池電解液的有機溶劑形成凝膠；部分低分子量膠凝劑可以使電池電解液的有機溶劑形成凝膠，但在加入金屬鋰鹽等電解質后，鹽的加入削弱了低分子量膠凝劑間的相互作用(氫鍵、靜電、配位)，使其與鋰離子電池電解液難以形成凝膠或形成的凝膠不理想；此外，為了使凝膠具有實際應用價值，形成的鋰離子電池凝膠電解液還必須具有較高的凝膠相轉變溫度，在鋰離子電池正常使用過程中均以凝膠狀態(tài)存在。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明公開一種N-脂肪酰谷氨酸作為凝膠因子提高鋰電池安全性的方法，解決了電池在使用過程中富余游離態(tài)的電解液滲漏而導致電池發(fā)生燃燒、爆炸等安全事故，確保了鋰電池在使用過程中的安全性。
[0007]本發(fā)明提供的利用N-脂肪酰谷氨酸作為凝膠因子提高鋰電池安全性的方法，技術解決方案如下:
在鋰離子電池電解液中添加N-脂肪酰谷氨酸作為凝膠因子，所述的N-脂肪酰谷氨酸，分子式為:RC0NHCHC00HCH2CH2C00H，其含量為(0.5?5)wt%(占電池電解液重量的百分比)。
[0008]具體操作步驟為:
電池化成后，在電解液中按照0.5?5 wt%的比例添加N-脂肪酰谷氨酸凝膠因子，力口熱到50°C?55°C，保溫24小時以上，使膠凝因子在電解液的有機溶劑中加熱溶解，然后冷卻到室溫即可。
[0009]所述的鋰離子電解液中的電解質為六氟磷酸鋰。
[0010]本發(fā)明的積極效果在于:采用N-脂肪酰谷氨酸作為凝膠因子，從而將富余游離態(tài)的電解液轉化為凝膠態(tài)電解液，待游離態(tài)電解液消耗完成后，凝膠態(tài)的電解液在高溫條件下又可變?yōu)橛坞x態(tài)的電解液；防止電池在使用過程中富余游離態(tài)的電解液滲漏而導致電池發(fā)生燃燒、爆炸等安全事故，從而保證鋰電池在使用過程中的安全性。
【具體實施方式】
[0011]為了更清楚的說明本發(fā)明，列舉以下實例，但其對本發(fā)明沒有任何限制。
[0012]實施例1
按照鋰電池制作工藝流程(制漿-涂布-切片-輥壓-疊片-封注-化成)制作容量為40Ah鋰電池,注入為240克電解液,化成完成后,在電解液中加入1.2克N-脂肪酰谷氨酸(加入比例為電解液0.5%)，加熱到50°C?55°C，保溫24小時，使膠凝因子在電解液的有機溶劑中加熱溶解，然后冷卻到室溫即得本發(fā)明。
[0013]試驗例:
在相同制造工藝條件下，將沒有加入N-脂肪酰谷氨酸的電池與本發(fā)明產品放在50?60°C溫度環(huán)境下放置10?15小時，然后冷卻至室溫，24小時后在手套箱內打開兩種電池的安全閥向外倒出電解液，沒有加N-脂肪酰谷氨酸的電池能夠倒出35克游離的電解液，加N-脂肪酰谷氨酸的電池只能倒出10克游離的電解液；將不能倒出電解液的電池加熱到50?60°C，又能倒出25克電解液。
[0014]結論:加入的N-脂肪酰谷氨酸的電池能夠較好的使電解液變?yōu)槟z狀態(tài)。
[0015]實施例2
按照鋰電池制作工藝流程(制漿-涂布-切片-輥壓-疊片-封注-化成)制作容量為60Ah鋰電池，注入為360克電解液，化成完成后，在電解液中加入10.8克N-脂肪酰谷氨酸(加入比例為電解液3%)，加熱到50°C?55°C，保溫30小時，使膠凝因子在電解液的有機溶劑中加熱溶解，然后冷卻到室溫即得本發(fā)明。[0016]試驗例
在相同制造工藝條件下，將沒有加入N-脂肪酰谷氨酸的電池與本發(fā)明產品放在50?60°C溫度環(huán)境下放置10?15小時，然后冷卻至室溫，24小時后在手套箱內打開兩種電池的安全閥向外倒出電解液，沒有加N-脂肪酰谷氨酸的電池能夠倒出45克游離的電解液，加N-脂肪酰谷氨酸的電池只能倒出6克游離的電解液；將不能倒出電解液的電池加熱到50?60°C，又能倒出30克電解液。
[0017]結論:加入的N-脂肪酰谷氨酸的電池能夠較好的使電解液變?yōu)槟z狀態(tài)。
[0018]實施例3
按照鋰電池制作工藝流程(制漿-涂布-切片-輥壓-疊片-封注-化成)制作容量為IOOAh鋰電池，注入為600克六氟磷酸鋰,化成完成后,在電解液中加入30克N-脂肪酰谷氨酸(加入比例為電解液5%)，加熱到50°C?55°C，保溫30小時，使膠凝因子在電解液的有機溶劑中加熱溶解，然后冷卻到室溫即得本發(fā)明。
[0019]試驗例
在相同制造工藝條件下，將沒有加入N-脂肪酰谷氨酸的電池與本發(fā)明產品放在50?60°C溫度環(huán)境下放置10?15小時，然后冷卻至室溫，24小時后在手套箱內打開兩種電池的安全閥向外倒出電解液，沒有加N-脂肪酰谷氨酸的電池能夠倒出50克游離的電解液，加N-脂肪酰谷氨酸的電池倒不出電解液；將不能倒出電解液的電池加熱到50?60°C，又能倒出36克電解液。
[0020]結論:加入的N-脂肪酰谷氨酸的電池能夠較好的使電解液變?yōu)槟z狀態(tài)。
【權利要求】
1.N-脂肪酰谷氨酸作為凝膠因子在鋰離子電池中的用途，其特征在于:所述的脂肪酰谷氨酸的分子式為:rconhchcoohch2ch2cooh。
2.一種利用N-脂肪酰谷氨酸作為凝膠因子提高鋰電池安全性的方法，包括以下步驟: 電池化成后，在電解液中按照(0.5?5) wt%的比例添加脂肪酰谷氨酸凝膠因子，加熱到50°C?55°C，保溫24小時以上，使膠凝因子在電解液的有機溶劑中加熱溶解，然后冷卻到室溫即可。
【文檔編號】H01M10/058GK103840208SQ201410113063
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月25日 優(yōu)先權日:2014年3月25日
【發(fā)明者】謝海明, 康書文, 王榮順, 孫立群 申請人:東北師范大學