[发明专利]用于电池电解质的阻燃剂

说明书

本发明提供用于锂电池的非水性电解质溶液。所述非水性电解质溶液包含液体电解质介质、含锂的盐、4‑溴甲基‑1,3‑二氧戊环‑2‑酮以及至少一种电化学添加剂。

技术领域

本发明涉及用于电池用电解质溶液的溴化阻燃剂。

背景技术

影响锂离子电池安全性的因素之一是它们在含锂的电解质溶液中使用可燃性溶剂。在电解质溶液中包含阻燃剂是减轻这些溶液的可燃性的一种方式。为了使阻燃剂成为电解质溶液的合适组分，需要其在电解质中有溶解度，以及在电池操作范围内具有电化学稳定性，并且对电池性能的负面影响最小。对电池性能的负面影响可包括导电性的降低和/或造成活性材料的化学不稳定性。

所需要的是能以合理的成本有效抑制锂离子电池的可燃性且对锂离子电池的电化学性能影响最小的阻燃剂。

发明内容

本发明提供用于锂电池的非水性电解质溶液，其含有含氧的溴化阻燃剂，即4-溴甲基-1,3-二氧戊环-2-酮。在含氧的溴化阻燃剂的存在下，火焰在这些非水性电解质溶液中会熄灭，至少在实验室条件下如此。

本发明的一个实施方案是用于锂电池的非水性电解质溶液，所述溶液包含i)液体电解质介质；ii)含锂的盐；iii)4-溴甲基-1,3-二氧戊环-2-酮；和iv)至少一种选自以下的电化学添加剂：a)含有三至约六个碳原子的不饱和环状碳酸酯，b)含有三至约五个碳原子和一至约四个氟原子的含氟饱和环状碳酸酯，c)含有三至约九个碳原子的亚磷酸三(三烃基甲硅烷基)酯，d)含有三至约十二个碳原子的磷酸三烃基酯，e)含有三至约八个碳原子的环状磺内酯，f)具有5元或6元环且含有二至约六个碳原子的饱和环状亚硫酸烃基酯，g)具有5元或6元环且含有二至约六个碳原子的饱和环状硫酸烃基酯，h)具有6元、7元或8元环且含有二至约六个碳原子的环状二氧杂二硫代多氧化物化合物，i)另一种含锂的盐，和j)前述的任何两者或更多者的混合物。

本发明的另一个实施方案是用于锂电池的非水性电解质溶液，所述溶液包含i)液体电解质介质；ii)含锂的盐；iii)4-溴甲基-1,3-二氧戊环-2-酮；和iv)至少一种选自以下的电化学添加剂：碳酸亚乙烯酯、4-氟-碳酸亚乙酯、亚磷酸三(三甲基甲硅烷基)酯、磷酸三烯丙酯、1,3-丙烷磺内酯、1,3-丙烯磺内酯、1,3,2-二氧硫杂环戊烷2-氧化物、1,3,2-二氧硫杂环戊烷2,2-二氧化物、1,5,2,4-二氧杂二噻烷2,2,4,4-四氧化物、双(草酸根合)硼酸锂、六氟磷酸锂以及这些中任何两者或更多者的混合物。

本发明的又一个实施方案是用于锂电池的非水性电解质溶液，所述溶液包含i)液体电解质介质；ii)含锂的盐；和iii)4-溴甲基-1,3-二氧戊环-2-酮。

本发明的这些和其他实施方案和特征将从随后的描述和所附权利要求书中进一步显而易见。

具体实施方式

贯穿本文件，短语“电解质溶液”与短语“非水性电解质溶液”可互换使用。

液体电解质介质由一种或多种溶剂组成，所述溶剂通常形成用于锂电池中使用的锂电解质溶液的液体电解质介质，所述溶剂是极性非质子性的，对电化学循环稳定，并且优选具有低粘度。这些溶剂通常包括非环状碳酸酯、环状碳酸酯、醚、含硫化合物和硼酸的酯。

在本发明的实践中可形成液体电解质介质的溶剂包括碳酸亚乙酯(1,3-二氧戊环-2-酮)、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、二氧戊环、二甲氧基乙烷(甘醇二甲醚)、四氢呋喃、甲磺酰氯、1,3,2-二氧硫杂环戊烷2-氧化物、1,3-丙二醇硼酸酯以及前述的任何两者或更多者的混合物。

优选的溶剂包括碳酸亚乙酯、碳酸甲乙酯及其混合物。更优选的是碳酸亚乙酯和碳酸甲乙酯的混合物，特别是碳酸亚乙酯:碳酸甲乙酯的体积比为约20:80至约40:60，更优选为约25:75至约35:65的碳酸亚乙酯和碳酸甲乙酯的混合物。