[发明专利]功能性电解质添加剂和包括该添加剂的电化学装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种含有添加剂的电解质，该电解质可改进电池的安全性，并且不会对电池质量造成有害的影响，本发明还涉及一种含有该电解质的电化学装置。

背景技术

近来，储能技术越来越受到瞩目。电池被广泛用作手机、摄录像机、笔记型计算机、桌上型计算机和电车的能源，因此引起深入的研究和开发。在这方面，引起最大兴趣的是电化学装置。特别是，可充电式二次电池的发展更是瞩目的焦点。最近，进行了连续的研究，以开发具有改进的容量水平和特定能源的新颖电极和电池。

目前所使用的二次电池中，出现于1990年代初期的锂二次电池，已经使其驱动电压和能量密度高于其它采用水性电解质的常规电池(如镍氢(Ni-MH)电池、镍镉(Ni-Cd)电池、铅酸(H₂SO₄-Pb)电池等)，因此锂二次电池是二次电池领域中最受注目的。然而，这种锂二次电池中所使用的有机电解质会引起电池燃烧和爆炸，所以具有安全相关问题。并且，锂二次电池的缺点在于，制造过程相对较为复杂。

电池安全性的评估和保证是非常重要的。首先应考虑，电池不能因其发生故障而对使用者造成伤害。为此，多以安全标准严格规范电池在着火和燃烧方面的安全性。因此，产生许多企图解决电池安全性相关问题的方法。

为避免电池的热放射，已建议采用许多方法，其包括：使用保护性电路、使用分离器的热闭塞(heat occlusion)等。但是，保护性电路的使用会引起在电池组(battery pack)的尺寸缩小和费用缩减方面的限制。而当热放射快速产生时，分离器的热闭塞机构时常无法发生作用。近来，有机电解质添加剂的使用也被建议使用，以解决上述问题。但是，基于电解质添加剂的安全机构的缺点在于，热值(J)可随充电电流或电池内电阻而变化，以及时序(timing)不一致。因此，这类安全机构总是会伴随有电池整体质量的降低。

同时，阴极活性材料和电解质之间的副反应，将严重地造成锂二次电池的热不稳定性。换言之，在充电状态时，尤其在高温下，阴极有极不稳定的结构。在充电状态时，具有不稳定结构的阴极会与电解质发生强烈的放热反应，这类反应将使电池结构崩溃，从而导致氧气释放出来。因此，这类放热反应和氧气释放，将造成电池严重的热放射，且最终导致电池爆炸。所以，为了改进电池安全性，控制阴极和电解质之间的副反应所产生的反应热是相当重要的。在这些情况下，对于新颖的阴极活性材料已进行了深入的研究和发展(日本专利公布08273665号和美国专利02/07251号)。相较于现有技术的其它阴极活性材料，对于上述专利中公开的阴极活性材料，可以使放热反应控制至某一程度。然而，这些阴极活性材的缺点在于，它们会伴随有电池质量或容量的降低。

附图简述

根据下面的详细描述并结合附图，本发明的上述和其它目的、特征和优点将变得更显而易见，其中：

图1显示了实施例1电池和比较例1电池各自的阴极和电解质反应所引起的热值；和

图2显示了实施例1电池和比较例1电池各自的充/放电容量。

发明内容

因此，针对上述问题，进行了本发明。本发明人已发现，将一种可控制阴极和电解质之间的副反应的反应热以确保电池安全的特殊高安全性添加剂加入到电解质中，以作为电解质的组成要素时，可以改进电池的安全性且不会不利地影响电池的质量。

因此，本发明的一个目的是，提供一种包括该高安全性添加剂的电解质，以及一种包括有此电解质的电化学装置。

根据本发明的一个方面，本发明提供了电池用的电解质，其包括：(a)电解质盐；(b)有机溶剂；(c)至少一种选自下式1化合物和下式2化合物中的化合物。本发明还提供了一种包括该电解质的电化学装置，优选锂二次电池。

根据本发明的另一方面，本发明提供了一种包括至少一种如下化合物的电解质，所述化合物选自下式1化合物和下式2化合物，其中该化合物部分地或全部地存在于电极表面上。本发明还提供了一种包括该电极的电化学装置，优选锂二次电池。

[式1]

[式2]

其中，R₁、R₂和R₃各自独立地表示氢原子或C₁～C₆低级烷基；

R₄表示单键或

X表示—O—或