[發明專利]非水二次電池和用于所述非水二次電池的阻燃劑

有效

• 申請號: 201110369374.7
• 申請日: 2011-11-18
• 公開（公告）號: CN102569884A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 內海久幸
• 申請（專利權）人: 夏普株式會社
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/0569;H01M4/62
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 楊海榮;穆德駿

技術領域

本發明涉及非水二次電池和用于所述電池的阻燃劑。更特別地，本發明涉及具有與常規電池相當的電池性能且安全性比常規電池優異的非水二次電池、以及用于所述非水二次電池的阻燃劑。

背景技術

近年來，電子器件的尺寸和重量的下降已經取得了明顯的進展，且伴隨這一進展，要求用于這種電子器件的二次電池應具有更高的能量密度。能夠滿足所述需求的二次電池的實例為包含非水電解液的二次電池(下文中稱作非水二次電池)如鋰離子二次電池。

在鋰離子二次電池中，使用非水電解液，且所述非水電解液包含電解質鹽如鋰鹽和非水溶劑。期望非水溶劑具有高介電常數和高氧化電勢，且在任何運行環境下在電池中都穩定。

作為這種非水溶劑，使用非質子溶劑，且其已知實例包括高電容率溶劑如包括碳酸亞乙酯和碳酸亞丙酯的環狀碳酸酯以及包括γ-丁內酯的環狀羧酸酯；和低粘度溶劑如包括碳酸二乙酯和碳酸二甲酯的鏈狀碳酸酯以及包括二甲氧基乙烷的醚。通常，以組合的方式使用高電容率溶劑和低粘度溶劑。

然而，包含非水電解液的鋰離子二次電池可能因涉及由電池的破裂或任何其他原因造成的內部壓力增大的缺陷而遭受非水電解液的泄露。所述非水電解液的泄露可能導致構成鋰離子二次電池的正極與負極之間發生短路，從而發生著火或燃燒。其還可能導致在鋰離子二次電池中產生熱，從而造成有機溶劑基非水溶劑的蒸發和/或分解而產生氣體。在一些情況中，產生的氣體著火或導致鋰離子二次電池破裂。

為了解決上述問題，進行了研究以通過向非水電解液中添加阻燃劑而提供阻燃性。

例如，在日本特開2001-338682號公報、日本特開2001-525597號公報(PCT申請的翻譯)和日本特開平11(1999)-329495號公報中提出了用于向非水電解液中添加阻燃劑的技術。

作為阻燃劑，具體地，日本特開2001-338682號公報提出了膦腈衍生物，日本特開2001-525597號公報(PCT申請的翻譯)提出了偶氮二異丁腈(AIBN)，且日本特開11(1999)-329495號公報提出了咪唑化合物。

發明內容

膦腈衍生物盡管產生了優異的阻燃性，但是當與特定種類的非水溶劑一起使用或者在特定共混比下與非水溶劑進行共混時、且當在特定溫度環境中、特別是在高溫下使用時，預期膦腈衍生物會造成鋰離子二次電池的不穩定運行。一般地，當鋰離子二次電池因某些原因而產生熱時，在負極或正極與電解液之間的界面處發生熱分解反應，且在這種反應的熱失控的情況中，鋰離子電池可能破裂或著火。即使在共混有膦腈衍生物時，仍能夠發生這種現象。另外，由于膦腈衍生物在負極表面上成膜，所以電池特性如循環特性和運行中的環境穩定性可能劣化。

在日本特開2001-338682號公報中的實施例中，以相對于非水溶劑為40體積％的高含量使用膦腈衍生物。由于膦腈衍生物具有相對高的粘度和相對低的介電常數，所以具有高膦腈衍生物含量的電池在低溫環境中的運行造成對非水電解液的電導率下降和由于所述下降而造成的電池性能劣化的憂慮。

同時，AIBN對以非質子溶劑為代表的非水溶劑的溶解度較低，因此不能提高其含量。因此，AIBN可能不能充分提高阻燃性。此外，AIBN可能因鋰離子二次電池的充電和放電而電解，從而造成對電池性能劣化的憂慮。

同樣地，咪唑化合物如果不提高其含量則不能產生足夠的阻燃性。然而，其含量提高會造成對循環特性劣化且運行中的環境穩定性劣化的憂慮。

因此，期望在不劣化電池性能的條件下進一步提高阻燃性。

本發明的發明人已經對非水二次電池的阻燃性進行了徹底研究，結果出乎意料地發現，當其中的非水電解液含有“在分子中具有如下官能團的環狀化合物，所述官能團具有連接氮原子的酯鍵”時，電池能夠產生充分的阻燃性，從而實現了本發明。作為由此產生的充分阻燃性的結果，即使當電池異常受熱時，仍能夠確保非水二次電池的安全性和可靠性。此外，這種阻燃劑不會影響非水二次電池在寬溫度范圍的電特性，從而提供顯示穩定循環特性的非水二次電池。

因此，根據本發明的一方面，提供了一種非水二次電池，其包含：正極；負極；和非水電解液，所述非水電解液至少含有在分子中具有如下官能團的環狀化合物，所述官能團具有連接氮原子的酯鍵，其中所述環狀化合物具有通式(I)：

其中R₁為氫原子或者選自低級烷基、低級烯基、低級烷氧基、低級烷氧基羰基、低級烷基羰基、低級環烷基和芳基且可具有取代基的基團；