用于提高过充电安全的非水电解液组合物及使用这种组合物的锂电池制造技术

提供了一种用于提高锂电池过充电安全的非水电解液，它包括有机溶剂、锂盐和苄基联苯化合物、其氢化物或其混合物。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉参考本申请要求2001年10月20日向韩国知识产权局提交的韩国申请2001-64940和2001-64948的优先权，其公开在此引入作为参考。锂电池包括阴极、阳极、为阴极和阳极之间的锂离子提供运动路径的电解液和置于阴极和阳极之间的分隔板。锂电池通过阴极和阳极上发生的氧化还原过程中锂离子的嵌入/脱嵌而产生电能，但是，当电池例如由于充电器故障而被过充电时，就会发生电压急剧上升的情况。在该故障过程中，会有过量的锂沉积到阴极上，过量的锂嵌入到阳极中。如果阳极和阴极均热力学不稳定，那么电解液中有机溶剂会分解并导致热量快速生成，如热逸出，从而对电池的安全性造成不利影响。为了克服上述缺陷，人们已经提出各种通过改变电解液的组成或向电解液中加入添加剂的尝试来抑制电池的过充电，例如US5580684公开了一种通过向电解液中加入磷酸酯，如磷酸三甲酯、磷酸三(三氟乙基)酯或磷酸三(2-氯乙基)酯来增加电解液的自熄性从而提高电池的安全性的方法。US5776627公开了一种增加电池安全性的方法，该方法通过加入一些可在电池失败的情况下进行聚合的添加剂，如噻吩、联苯或呋喃而防止锂的迁移，和通过添加剂产生的气体而很容易地打开电池的安全出口而实现。类似地，US5763119、5709968和5858573中也公开了一种提高电池安全性的方法，其中电解液分别包含如1，2-二甲氧基4-溴苯、2-氯对二甲苯和4-氯苯甲醚和2，7-二乙酰基噻蒽的添加剂。日本专利公开平7-302614公开了一种电池的保护方法，其中通过使用苯化合物形成聚合物来消耗过充电电流。然而，这种通用的添加剂甚至在正常的操作条件下也可能聚合或可能因为氧化分解而产生大量的气体，从而使得电池膨胀，同时，使用这种通用的添加剂可能会使电池的各种性能，如形成、标准容量或循环周期特性变差。本专利技术的另一个目的是提供具有提高安全性的锂电池。本专利技术的另外的目的和优点部分将在以下的说明书中进行阐述，部分将由说明书的说明而显而易见，或可从本专利技术的实施中得到阐明。为了达到上述和其他目的，根据本专利技术的一个实施方案，本专利技术提供一种非水电解液，其包含有机溶剂、锂盐、和由以下式1表示的化合物、其氢化物或其混合物，其中式1为 其中R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13和R14相同或不同，独立地为氢、羟基、卤素、C1-C10烷基、C1-C10烷氧基、硝基或胺基，X为卤素、C1-C10烷基、C1-C10烷氧基、硝基或胺基，n为1-10的整数。在本专利技术的另一个实施方案中，由式1表示的化合物的量为1-20wt％，其是以有机溶剂与锂盐的混合溶液的总量计。在本专利技术的再一个实施方案中，由式1表示的化合物的氢化物，其氢化度为10-70％。在本专利技术的另一个实施方案中，由式1表示的化合物的例子包括由以下通式2表示的化合物，其中通式2为 ，和其中R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13和R14及n的定义同通式1。根据本专利技术的另一个实施方案，由通式2表示的化合物的例子包括由结构式3表示的邻苄基联苯，其中结构式3为 根据本专利技术的再一个实施方案，由通式1表示的化合物的例子包括由通式4表示的化合物，其中通式4为 R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13和R14及n的定义同通式1。根据本专利技术的另一个实施方案，由通式4表示的化合物的例子包括由结构式5表示的对苄基联苯，其中结构式5为 根据本专利技术另外的实施方案，提供一种使用非水电解液的锂蓄电池。本专利技术提供一种非水电解液，其含有有机溶剂、锂盐、和由以下式1表示的化合物、其氢化物或其混合物。式1如下式1 R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13和R14相同或不同，独立地为氢、羟基、卤素、C1-C10烷基、C1-C10烷氧基、硝基或胺基，X为卤素、C1-C10烷基、C1-C10烷氧基、硝基或胺基，n为1-10的整数。不象通用的如三联苯的电解液添加剂，虽然由通式1表示的化合物在正常使用条件下(即在2.75-4.2V条件下)对于电池性能几乎没有影响，但是在电池过充电过程中，添加剂被氧化会导致在阴极表面产生聚合，从而在阴极表面形成一个涂层，由此使阴极-阳极电阻增加，并且具有一些离子和导电性的可聚合涂层在阴极和阳极之间产生软的短路(分流)作用，消耗过充电电流，从而起到保护电池的作用。在过充电过程中，由于电解液分解产生的气体会与苄基反应产生新的物质，因此，与通用的添加剂相比，本专利技术的电解液添加剂能显著地抑制气体的产生，因此推测其能防止电池的膨胀。因此，使用含有由通式1表示的化合物、其氢化物或其混合物以及溶于有机溶剂中的锂盐的电解液会防止形成、标准容量、膨胀和循环周期特性变差，同时确保电池的过充电安全。特别是，在由通式1表示的化合物的氢化物中，电解液的氧化性分解电势在正(+)方向上比未氢化化合物移动更远，因此，会进一步抑制在电池于正常条件下长时间使用时可能发生的不受人欢迎的副作用，如聚合，由此确保电池的过充电安全，同时防止形成、标准容量、膨胀和循环周期特性变差。由通式1表示的化合物的氢化物的氢化度为10-70％，优选30-50％。如果氢化度低于10％，难以达到希望的效果，如果氢化度大于70％，氧化电流会不合需要地降低。由通式1表示的化合物、其氢化物或其混合物加入量为1-20wt％，优选为3-15wt％，其是以有机溶剂和锂盐的混合溶液的总量计。如果该用量低于1％，难以获得所希望的效果，如果该用量高于20％，循环周期特性会发生不希望的劣化。由通式1表示的化合物含有取代或未取代的苯烷基连到联苯基上，所述取代或未取代的苯烷基可以在联苯基邻位(o)、间位(m)和对位(p)的任何位置引入，但优选其处于邻位或对位。带有邻位取代苯烷基的化合物可由通式2表示如下式2 其中R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13和R14及n的定义同通式1。由通式2表示的化合物优选为由如下结构式3表示的邻苄基联苯式3 带有对位取代苯烷基的化合物可由通式4表示如下式4 其中R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13和R14及n的定义同上。由通式4表示的化合物优选为由如下结构式5表示的对苄基联苯式5 通常，任何能用于电解液的有机溶剂均可用于制备锂电池，对此并没有特别的限制，其例子包括至少一种选自如下的化合物碳酸亚乙酯、碳酸异丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸乙甲酯、二甲基亚砜、乙腈、二甲氧基乙烷、四氢呋喃、丙酮、二甲基甲酰胺、环己酮、氟代苯和N-甲基-2-吡咯烷酮。有机溶剂的含量通常在锂电池制备所使用的范围内。用于电解液的锂盐包括但不限于能够在有机溶剂中离解产生锂离子的任何锂化合物，其例子包括至少一种选自以下化合物的离子性锂盐高氯酸锂(LiClO4)、四氟硼酸锂(LiBF4)、六氟磷酸锂(LIPF6)、三氟甲烷磺酸锂(LiCF3SO3)和双(三氟甲烷磺酰基)酰胺锂(LiN(CF3SO2)2)。锂盐的含量通常在锂电池制备所使用的范围内。包含无机盐的有机电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非水电解液，包括：有机溶剂；锂盐；和由以下通式１表示的化合物、其氢化物或其混合物，通式１为：＊＊＊其中Ｒ↓［１］、Ｒ↓［２］、Ｒ↓［３］、Ｒ↓［４］、Ｒ↓［５］、Ｒ↓［６］、Ｒ↓［７］、Ｒ↓［８］、Ｒ↓［９］、Ｒ↓［１０］、Ｒ↓ ［１１］、Ｒ↓［１２］、Ｒ↓［１３］和Ｒ↓［１４］相同或不同，独立地为氢、羟基、卤素、Ｃ↓［１］－Ｃ↓［１０］烷基、Ｃ↓［１］－Ｃ↓［１０］烷氧基、硝基或胺基，Ｘ为卤素、Ｃ↓［１］－Ｃ↓［１０］烷基、Ｃ↓［１］－Ｃ↓［１０］烷氧基、硝基或胺基，ｎ为１－１０的整数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔相勋，卢亨坤，李夏英，宣熙英，金昊星，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]