用于提高锂离子电池中的安全性的方法以及安全性提高的锂离子电池技术

本发明专利技术涉及一种锂离子电池，所述锂离子电池至少具有电解质，所述电解质具有溶剂和溶解在所述溶剂中的含锂离子的导电盐并且进一步具有一种或多种安全剂，当电池的功能由于故障事件而受影响时所述安全剂提高锂离子电池的安全性。

Methods for improving safety in lithium-ion batteries and lithium-ion batteries for improving safety

The invention relates to a lithium-ion battery, which has at least an electrolyte, the electrolyte has a solvent and conductive salts containing lithium ions dissolved in the solvent, and further has one or more safety agents, which improve the safety of the lithium-ion battery when the function of the battery is affected by a failure event.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于提高锂离子电池中的安全性的方法以及安全性提高的锂离子电池本专利技术涉及一种用于提高锂离子电池中的安全性的方法以及一种安全性提高的锂离子电池。锂离子电池至少包括阳极、阴极和将阳极与阴极分开的隔膜，其中，该隔膜被浸有电解质。例如使用这样的可再次充电的电池来运行电动车。如果所述电池由于故障事件、例如由于机械作用或由于内部短路亦或由于过载而受损，则可能在电解质组成成分与电极组成成分之间产生剧烈反应。所述反应可能导致电池中的温度和压力升高并且导致所谓的热失控，这可能导致电池爆炸及其着火。US2008/0305403涉及一种锂离子电池，该锂离子电池在电解质中具有环状碳酸亚烷基酯和用于该碳酸酯的聚合引发剂。当电池中的温度升高时出现碳酸酯的聚合，其中电解质的粘性升高。这又导致电解质的导电性降低，即电池的电阻增加。由此提高电池的安全性。本专利技术的任务是，提供进一步的且改进的措施，利用这些措施能够提高锂离子电池的安全性。该任务利用如在权利要求1中所限定的方法以及如在权利要求10中所限定的锂离子电池来解决。据此，本专利技术在第一方面涉及一种用于当电池的功能由于故障事件而受影响时提高锂离子电池的安全性的方法，其中，所述故障事件通过下列事件中的至少之一所引起：(a)由于电池过载而导致电池的电压提高；(b)由于在电池中形成气体而导致压力提高；(c)由于短路或由于电池加热而导致温度提高；优选(c)；其中，电池具有至少包含溶剂和锂离子的电解质，其中，所述方法具有下列阶段(A1)、(B)、(C)、(D1)、(D2)、(E1)、(E2)中的至少一个阶段：(A1)添加络合剂，从而锂离子被络合；(B)添加季铵盐，该季铵盐能在电解质的溶剂中溶解并且在该溶剂中具有比导电盐更好的溶解度；(C)添加溶剂，导电盐在所述溶剂中不能溶解；(D1)当电解质的溶剂具有环状碳酸亚烷基酯时，添加用于该环状碳酸亚烷基酯的聚合引发剂；(D2)当电解质的溶剂具有可聚合的烯烃双键时，添加用于该烯烃双键的聚合引发剂；(E1)添加聚合物，该聚合物在故障事件中抵抗电解质的可能的粘性降低；其中，阶段(A1)的络合剂、阶段(B)的季铵盐、阶段(C)的溶剂、阶段(D1)的聚合引发剂、阶段(D2)的聚合引发剂或阶段(E1)的聚合物以固定在释放形式中的方式存在于电解质中并且在故障事件中从该释放形式中释放出来并且因此被添加到电解质；或者其中所述方法至少具有阶段(A2)或(E2)：(A2)添加用于锂离子的络合剂，该络合剂在空间上这样构成，使得该络合剂在电池的正常运行中不络合锂离子，然而在故障事件中这样限制空间位阻，使得该络合剂络合锂离子；(E2)添加聚合物，该聚合物在故障事件中抵抗电解质的可能的粘性降低；其中，阶段(A2)的络合剂或阶段(E2)的聚合物在电解质中是溶解或分散的。本专利技术因此涉及一种用于当电池的功能由于故障事件而受影响时提高锂离子电池的安全性的方法，其中，所述故障事件通过下列事件中的至少之一所引起(a)由于电池过载而导致电池的电压提高；(b)由于在电池中形成气体而导致压力提高；(c)由于短路或由于电池加热而导致温度提高；优选(c)；其中，电池具有至少包含溶剂和锂离子的电解质，其中，所述方法具有下列阶段(A1)、(B)、(C)、(D1)、(D2)、(E1)、(E2)中的至少一个阶段：(A1)添加络合剂，从而锂离子被络合并且锂离子不再被阳极所接收；(B)添加季铵盐，该季铵盐能在电解质的溶剂中溶解并且在该溶剂中具有比导电盐更好的溶解度，其中导电盐的溶度积减小，从而该导电盐析出；(C)添加溶剂，导电盐在所述溶剂中不能溶解，从而该导电盐沉淀；(D1)当电解质的溶剂具有环状碳酸亚烷基酯时，添加用于该环状碳酸亚烷基酯的聚合引发剂，从而电解质的粘性上升；(D2)当电解质的溶剂具有可聚合的烯烃双键时，添加用于该烯烃双键的聚合引发剂，从而电解质的粘性上升；(E1)添加聚合物，该聚合物在故障事件中抵抗电解质的可能的粘性降低；其中，阶段(A1)的络合剂、阶段(B)的季铵盐、阶段(C)的溶剂、阶段(D1)的聚合引发剂、阶段(D2)的聚合引发剂或阶段(E1)的聚合物以固定在释放形式中的方式存在于电解质中并且在故障事件中从该释放形式中释放出来并且因此被添加到电解质；或者其中所述方法至少具有阶段(A2)或(E2)：(A2)添加用于锂离子的络合剂，该络合剂在空间上这样构成，使得该络合剂在电池的正常运行中不络合锂离子，然而在故障事件中这样限制空间位阻，使得该络合剂络合锂离子并且锂离子不再被阳极所接收；(E2)添加聚合物，该聚合物在故障事件中抵抗电解质的可能的粘性降低；其中，阶段(A2)的络合剂或阶段(E2)的聚合物在电解质中是溶解或分散的。通过这些方法阶段降低了电解质的导电性并且提高了电池的电阻。由此提高了电池的安全性，因为例如降低了、甚至消除了热失控的危险。因而本专利技术也涉及涉及一种用于当电池的功能由于故障事件而受影响时提高锂离子电池的安全性的方法，其中，所述故障事件通过下列事件中的至少之一所引起：(a)由于电池过载而导致电池的电压提高；(b)由于在电池中形成气体而导致压力提高；(c)由于短路或由于电池加热而导致温度提高；优选(c)；其中，电池具有至少包含溶剂和锂离子的电解质，其中，所述方法具有下列阶段(A1)、(B)、(C)、(D1)、(D2)、(E1)、(E2)中的至少一个阶段：(A1)添加络合剂，从而锂离子被络合并且锂离子不再被阳极所接收，从而电解质的导电性减小并且电池的电阻升高；(B)添加季铵盐，该季铵盐能在电解质的溶剂中溶解并且在该溶剂中具有比导电盐更好的溶解度，其中导电盐的溶度积减小，从而该导电盐析出，使得电解质的导电性减小并且电池的电阻升高；(C)添加溶剂，导电盐在所述溶剂中不能溶解，从而该导电盐沉淀，使得电解质的导电性减小并且电池的电阻升高；(D1)当电解质的溶剂具有环状碳酸亚烷基酯时，添加用于该环状碳酸亚烷基酯的聚合引发剂，从而电解质的粘性升高，使得电解质的导电性减小并且电池的电阻升高；(D2)当电解质的溶剂具有可聚合的烯烃双键时，添加用于该烯烃双键的聚合引发剂，从而电解质的粘性升高，使得电解质的导电性减小并且电池的电阻升高；(E1)添加聚合物，该聚合物在故障事件中抵抗电解质的可能的粘性降低，从而也抵抗电解质的导电性由于粘性变小而提高；其中，阶段(A1)的络合剂、阶段(B)的季铵盐、阶段(C)的溶剂、阶段(D1)的聚合引发剂、阶段(D2)的聚合引发剂或阶段(E1)的聚合物以固定在释放形式中的方式存在于电解质中并且在故障事件中从该释放形式中释放出来并且因此被添加到电解质；或者其中所述方法至少具有阶段(A2)和(E2)：(A2)添加用于锂离子的络合剂，该络合剂在空间上这样构成，使得该络合剂在电池的正常运行中不络合锂离子，然而在故障事件中这样限制空间位阻，使得该络合剂络合锂离子并且锂离子不再被阳极所接收，其中电解质的导电性减小并且电池的电阻增加；(E2)添加聚合物，该聚合物在故障事件中抵抗电解质的可能的粘性降低，从而也抵抗导电性由于粘性变小而提高；其中，阶段(A2)的络合剂或阶段(E2)的聚合物在电解质中是溶解或分散的。在此所使用的术语“锂离子电池”尤其是表示可再次充电的锂离子电池，如其在电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于当电池的功能由于故障事件而受影响时提高锂离子电池的安全性的方法，其中，所述故障事件通过下列事件中的一种或多种所引起：(a)由于电池过载而导致电池的电压提高；(b)由于在电池中形成气体而导致压力提高；(c)由于短路或由于电池加热而导致温度提高；优选(c)；其中，所述电池具有电解质，该电解质至少具有溶剂和锂离子，其中，所述方法具有下列阶段(A1)、(B)、(C)、(D1)、(D2)、(E1)、(E2)中的至少一个阶段：(A1)添加络合剂，使得锂离子被络合；(B)添加季铵盐，该季铵盐能在电解质的溶剂中溶解并且在该溶剂中具有比导电盐更好的溶解度；(C)添加溶剂，导电盐在所述溶剂中不能溶解；(D1)当电解质的溶剂具有环状碳酸亚烷基酯时，添加用于该环状碳酸亚烷基酯的聚合引发剂；(D2)当电解质的溶剂具有可聚合的烯烃双键时，添加用于该烯烃双键的聚合引发剂；(E1)添加聚合物，该聚合物在故障事件中抵抗电解质的可能的粘性降低；其中，阶段(A1)的络合剂、阶段(B)的季铵盐、阶段(C)的溶剂、阶段(D1)的聚合引发剂、阶段(D2)的聚合引发剂或阶段(E1)的聚合物以固定在释放形式中的方式存在于电解质中并且在故障事件中从该释放形式中释放出来并且因此被添加到电解质；或者其中，所述方法至少具有阶段(A2)和(E2)：(A2)添加用于锂离子的络合剂，该络合剂在空间上这样构成，使得该络合剂在电池的正常运行中不络合锂离子，然而在故障事件中这样限制空间位阻，使得该络合剂络合锂离子；(E2)添加聚合物，该聚合物在故障情况中抵抗电解质的可能的粘性降低；其中，阶段(A2)的络合剂和阶段(E2)的聚合物在电解质中是溶解的或分散的。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.14 DE 102016210562.01.用于当电池的功能由于故障事件而受影响时提高锂离子电池的安全性的方法，其中，所述故障事件通过下列事件中的一种或多种所引起：(a)由于电池过载而导致电池的电压提高；(b)由于在电池中形成气体而导致压力提高；(c)由于短路或由于电池加热而导致温度提高；优选(c)；其中，所述电池具有电解质，该电解质至少具有溶剂和锂离子，其中，所述方法具有下列阶段(A1)、(B)、(C)、(D1)、(D2)、(E1)、(E2)中的至少一个阶段：(A1)添加络合剂，使得锂离子被络合；(B)添加季铵盐，该季铵盐能在电解质的溶剂中溶解并且在该溶剂中具有比导电盐更好的溶解度；(C)添加溶剂，导电盐在所述溶剂中不能溶解；(D1)当电解质的溶剂具有环状碳酸亚烷基酯时，添加用于该环状碳酸亚烷基酯的聚合引发剂；(D2)当电解质的溶剂具有可聚合的烯烃双键时，添加用于该烯烃双键的聚合引发剂；(E1)添加聚合物，该聚合物在故障事件中抵抗电解质的可能的粘性降低；其中，阶段(A1)的络合剂、阶段(B)的季铵盐、阶段(C)的溶剂、阶段(D1)的聚合引发剂、阶段(D2)的聚合引发剂或阶段(E1)的聚合物以固定在释放形式中的方式存在于电解质中并且在故障事件中从该释放形式中释放出来并且因此被添加到电解质；或者其中，所述方法至少具有阶段(A2)和(E2)：(A2)添加用于锂离子的络合剂，该络合剂在空间上这样构成，使得该络合剂在电池的正常运行中不络合锂离子，然而在故障事件中这样限制空间位阻，使得该络合剂络合锂离子；(E2)添加聚合物，该聚合物在故障情况中抵抗电解质的可能的粘性降低；其中，阶段(A2)的络合剂和阶段(E2)的聚合物在电解质中是溶解的或分散的。2.根据权利要求1所述的方法，其中，阶段(A1)的络合剂是选自12-冠-4、二苯并-12-冠-4、15-冠-5、二苯并-15-冠-5及其氮杂或硫杂类似物中的冠醚，或者是选自[2.2.1]穴状配体、[2.2.1]穴状配体和[2.2.2]穴状配体中的穴状配体。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，阶段(B)的季铵盐选自R1R2R3R4N+的氟化物，其中，R1、R2、R3、R4彼此独立地为：C1-25烷基或芳基，其中芳基可以被C1-25烷基取代。4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，阶段(C)的溶剂是非极性的有机溶剂，优选是直链的、支链的、环状的或脂环族烃或芳族烃，更优选具有大于80℃的沸点。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：AC·根特舍夫，H·海因，S·沙纳，B·什蒂奥斯尼，
申请(专利权)人：宝马股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE