[发明专利]用于非水电解质的添加剂以及使用所述添加剂的二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种非水电解质以及一种使用所述非水电解质的二次 电池，更具体地涉及一种包括能提高电池的过充电安全性而不降低电 池性能的化合物的非水电解质，以及一种使用所述非水电解质的二次 电池。

背景技术

近来，人们对于能量储存技术的兴趣日益增加。电化学设备作为 能量来源已被广泛地用于便携式电话、可携式摄像机、笔记本电脑、 PC机和电动车中，引起深入的研发。在此方面，电化学设备是引起重 大兴趣的主题。尤其是，可充电二次电池的发展已成为关注的焦点。 近来，为了提高电池的容量密度及其比能量，已对电极和具有新颖设 计的电池进行了研发。

在目前使用的二次电池中，与使用水性电解质的常规电池（诸如 Ni-MH电池、Ni-Cd电池和H₂SO₄-Pb电池）相比，于20世纪90年代 初期开发的锂二次电池具有更高的驱动电压和能量密度，因而成为二 次电池领域中关注的中心。

这种二次电池可包括阴极、阳极、多孔隔板以及非水电解质。通 常，二次电池包括使用含碳材料的阳极以及使用锂金属氧化物的阴极， 并具有大约3.6至3.7V的平均放电电压，和0至4.2V的充电/放电电 压。然而，在所述锂二次电池中，由于使用非水电解质，可能会发生 诸如着火、爆炸等的安全问题，并且这种问题可能会随着电池容量密 度的增加而更加严重。

尤其是，非水电解质二次电池的连续充电或过充电会严重降低电 池的安全性，此处，可能导致该问题的一个原因之一是因阴极结构破 坏而产生的热量。作用原理如下：阴极活性材料，诸如能够吸收和释 放锂和/或锂离子的含锂金属氧化物，由于在过充电时释放大量锂而被 变形为热不稳定结构。在电池的过充电状态下，当电池温度由于外部 物理冲击、诸如高温暴露等而达到临界温度时，结构不稳定的阴极活 性材料会释放氧，并且电解质溶剂会发生放热分解反应。由这种放热 反应引起的燃烧可能会因为阴极释放的氧而加速并以链状方式进行， 从而导致电池的着火和爆炸现象，这些都是由于热逸散造成的。因此， 需要对控制电池的这种着火或爆炸进行研究，并且已提出了用于解决 这些问题的多种方法。

第一种方法是使用能够进行氧化还原往复反应（redox shuttle  reaction）的化合物、诸如氯苯甲醚等作为电解质添加剂以消耗过充 电电流。然而，该方法的缺点在于，其在高充电电流下的效果不明显。

第二种方法是通过控制过充电时的气体生成机械地断开电流。作 为代表性实例，向电池引入诸如CID（电流中断设备）－反向 （CID-reverse）等安全装置。具体而言，当电池的内压由于过充电时 电池内生成气体而增加时，CID－反向会在热逸散导致着火和破裂之前 断开流经电池的电流以及附加电流。此处，在热逸散导致着火和破裂 之前，CID短路需要通过增加电池的内压而运行。

因此，通常将一种能够直接增加电池内压的材料、诸如环己基苯 （其是一种能够在过充电电压下通过化学反应产生气体的化合物）添 加至电解质。然而，使用诸如环己基苯（CHB）等烷基苯衍生物可造成 的问题是，在周期重复或连续充电之后，电池性能会降低。此外，这 种电解质添加剂需为一种能够在所需的过充电电压下通过氧化产生大 量气体的化合物，但是适合于该目的的化合物非常有限。

公开内容

技术问题

发明人已发现，当使用能在高于阴极正常驱动电压的电压下通过 氧化产生热量的化合物作为电解质添加剂时，化合物的氧化热能使电 解质组分分解或者蒸发，从而导致气体生成。此外，发明人发现，在 这种情况下，可以不使用作为电解质添加剂的能在过充电电压下直接 通过氧化产生气体的内压增加材料，而运行电池的安全装置，从而提 高二次电池在过充电时的安全性。

本发明即基于上述发现。

技术方案

根据本发明的一方面，提供了一种用于二次电池的电解质，所述 电解质包括（a）一种电解质盐；（b）一种电解质溶剂；以及（c）一 种能在高于阴极驱动电压的电压下通过氧化产生热量的化合物，其中 所述化合物可通过氧化热使电解质组分分解或蒸发，从而导致气体生 成。

此外，本发明还提供了一种用于电池的内压增加促进剂，所述促 进剂包括一种能在高于阴极驱动电压的电压下氧化的化合物，其中氧 化时产生的热量在可使电解质组分分解或蒸发的范围内，从而产生气 体。