含有芳族磷化合物的电池电解质溶液制造技术

电池电解质溶液含有０．０１至８０重量％芳族磷化合物。芳族磷化合物为电解质提供增加的热稳定性，从而有助于减少热降解、热失控反应和燃烧的可能性。芳族磷化合物对电池的电性能几乎没有不利的影响，并且在某些情况下，实际上提高电池性能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】含有芳族磷化合物的电池电解质溶液本申请要求2008年12月23日提交的美国临时专利申请61/140，579的优先权。本专利技术涉及含有芳族磷添加剂的非水性电解质溶液。锂电池广泛地用作用于交通工具和许多种电子设备的一次和二次电池。这些电池趋向于具有高能量和功率密度，并且由于该原因，在许多应用中是有利的。在锂电池中的电解质溶液必须是非水性类型。非水性电解质溶液通常为锂盐在有机溶剂或有机溶剂混合物中的高电介质含量溶液。通常使用各种直链和环状碳酸酯，但是某些酯，烷基醚，腈，砜，环丁砜，磺内酯和硅氧烷也可以用作溶剂。在许多情况下，溶剂可以含有这些材料中的两种以上。聚合物凝胶电解质溶液也是已知的。因为它们含有高浓度的有机材料，因此这些电解质溶液对高温敏感。它们可能分解，参与失控放热反应乃至在暴露于不当条件的情况下燃烧。已知锂电池由于过度充电、过度放电、短路条件和机械或热弊端而燃烧。除燃烧以外，还可能发生其它问题，包括显著的电池寿命损失。因此，将添加剂结合到锂电池的电解质溶液中以帮助稳定电解质。已经提出许多磷化合物作为用于电池电解质溶液的阻燃剂或“热失控抑制剂”。 这些包括各种氧化膦(O:PR3)，次亚磷酸酯(P(OR)ig，亚膦酸酯(P(OR2)R),亚磷酸酯 (P(OR)3),次膦酸酯(0:P(0R)ig，膦酸酯(O = P(OR)2R)，磷酸酯(OiP(OR)3)和磷腈("N =合物。这些磷化合物并不完全是令人满意的。一些添加剂必须以很大的量添加以使其是有效的。另外一些添加剂与电解质溶液中的非水性溶剂，锂盐或其它添加剂相互作用，或与阳极或阴极材料相互作用。还有另外一些的添加剂对电池的性能有不利的影响。期望提供一种用于非水性电池电解质溶液的添加剂，该添加剂以合理的水平提供良好的稳定性，没有不利地与电解质溶液中的其它组分相互作用，或没有不利地与阳极或阴极相互作用，并且对电池性能几乎没有或没有不利的影响。在一个方面中，本专利技术是一种电池电解质溶液，所述电池电解质溶液包含至少一种锂盐和所述锂盐可溶于其中的非水性溶剂，其中所述电池电解质溶液的重量的0.01至 80%是至少一种由结构I表示的芳族磷化合物其中A1是含有一个或多个芳环的基团；每一个R独立地为可以含有1，2或3个碳原子并且直接结合到A1基团的芳环的碳原子上的亚烷基二价基团(diradical)；每一个R1 独立地为氢，卤素，0H，具有至多12个碳原子的烃基，或具有至多12个碳原子的烷氧基；或连接至相同的磷原子的两个R1基团可以一起形成包含该磷原子的环结构；并且χ是至少2 的整数。本专利技术还是一种电池，所述电池包括阳极，阴极，设置在阳极和阴极之间的隔板， 和与所述阳极和所述阴极接触的非水性电池电解质溶液，其中所述电池电解质溶液包含至少一种锂盐，所述锂盐可溶于其中的非水性溶剂，并且其中所述电池电解质溶液的重量的约0. 01至80%是至少一种由结构I表示的芳族磷化合物。如本文中所述的芳族磷化合物对电池电解质溶液提供良好的热稳定性。电池电解质溶液趋向于耐热降解，更不容易参与热失控反应，并且耐燃烧。令人惊奇地，这些芳族磷化合物有时实际上提高电池的电池容量利用率，放电倍率能力(discharge rate capability)和/或循环稳定性。在一些优选的实施方案中，电池电解质溶液还包含(a) —种或多种如下进一步描述的磷-硫化合物，(b) 一种或多种含有至少一个脂族碳-碳双键的碳酸酯化合物，(C)至少一种磺内酯化合物，或(d)任意前述项的两项或多项的混合物。含有这样的优选电解质溶液的电池趋向于具有特别良好的循环稳定性，且在这些情况下，即使在重复循环之后，电解质溶液的热稳定性也趋向于保持很好。附图说明图1是两种根据本专利技术的电池和三种比较电池的4C放电曲线的图。图2是三种根据本专利技术的电池和三种比较电池的4C放电曲线的图。图3是两种根据本专利技术的电池和两种比较电池的4C放电曲线的图。图4是三种根据本专利技术的电池和比较电池的4C放电曲线的图。结构I中的各个R1基团可以独立地变化且优选为具有至多8个碳原子、更优选为至多4个碳原子、还更优选1至3个碳原子的烷氧基。烷氧基R1基团可以是直链或支链的， 且可以含有取代基基团如卤素(特别是氟，氯或溴)或烷氧基。连接至磷原子的两个烷氧基R1基团可以一起形成包含该磷原子的环结构。这样的环结构可以由结构II表示权利要求1. 一种电池电解质溶液，所述电池电解质溶液包含至少一种锂盐和可溶解所述锂盐的非水性溶剂，其中所述电池电解质溶液的重量的0.01至80%是至少一种由以下结构表示的芳族磷化合物其中A1是含有一个或多个芳环的基团，每一个R独立地为可以含有1，2或3个碳原子并且直接结合到所述A1基团的芳环的碳原子上的亚烷基二价基团，每一个R1独立地为氢， 卤素，0H，具有至多12个碳原子的烃基，或具有至多12个碳原子的烷氧基，或连接至相同磷原子的两个R1基团一起形成包含该磷原子的环结构；并且χ是至少为2的整数。2.权利要求1所述的电池电解质溶液，其中每一个R1是含有1至4个碳原子的烷氧基。3.权利要求1或2所述的电池电解质溶液，其中每一个R是亚甲基、亚乙基或亚异丙基。4.权利要求1，2或3所述的电池电解质溶液，其中所述芳族磷化合物具有以下结构其中每一个R3独立地为氢，Cp3烷基，羟基，卤素，含有1至3个碳原子的烷氧基，或C2_3 亚烷基，每一个R独立地为可以含有1，2或3个碳原子的亚烷基二价基团，每一个R1独立地为氢，卤素，0H，具有至多12个碳原子的烃基，或具有至多12个碳原子的烷氧基，或连接至相同磷原子的两个R1基团一起形成包含该磷原子的环结构；并且χ是至少为2的整数。5.权利要求4所述的电池电解质溶液，其中所述芳族磷化合物具有以下结构其中R3独立地为氢，CV3烷基，羟基，卤素，含有1至3个碳原子的烷氧基，或C2_3亚烷基，且每一个R4独立地为具有1至8个碳原子的烷基或亚烷基。6.权利要求5所述的电池电解质溶液，其中每一个R4独立地为甲基，乙基或异丙基，且每一个R3独立地为氢或C"烷基。7.权利要求4所述的电池电解质溶液，其中所述芳族磷化合物具有以下结构8.权利要求7所述的电池电解质溶液，其中每一个R4独立地为甲基，乙基或异丙基，且每一个R3独立地为氢或C"烷基。9.权利要求1所述的电池电解质溶液，其中所述芳族磷化合物具有以下结构10.权利要求1所述的电池电解质溶液，其中所述芳族磷化合物具有以下结构11.权利要求1，2或3所述的电池电解质溶液，所述电池电解质溶液含有至少两种具有12.权利要求1-11中任一项所述的电池电解质溶液，其中所述溶剂包括选自以下各项中的至少一种材料直链碳酸烷基酯，环状碳酸酯，酯，烷基醚，腈，砜，环丁砜，硅氧烷和磺内酯。13.权利要求12所述的电池电解质溶液，其中所述溶剂包括至少一种直链碳酸烷基酯，至少一种环状碳酸酯，或其混合物。14.权利要求1-13中任一项所述的电池电解质溶液，其中所述锂盐为LiPF6、LiClO4, LiBF4、LiAsF6, LiCF3SO3 和 Li 中的至少一种。15.权利要求1-14中任一项所述的电池电解质溶液，所述电池电解质溶液还包含至少一种其它添加剂，所述至少一种其它添加剂选自固体电解质本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种电池电解质溶液，所述电池电解质溶液包含至少一种锂盐和可溶解所述锂盐的非水性溶剂，其中所述电池电解质溶液的重量的０．０１至８０％是至少一种由以下结构表示的芳族磷化合物：其中Ａ１是含有一个或多个芳环的基团，每一个Ｒ独立地为可以含有１，２或３个碳原子并且直接结合到所述Ａ１基团的芳环的碳原子上的亚烷基二价基团，每一个Ｒ１独立地为氢，卤素，ＯＨ，具有至多１２个碳原子的烃基，或具有至多１２个碳原子的烷氧基，或连接至相同磷原子的两个Ｒ１基团一起形成包含该磷原子的环结构；并且ｘ是至少为２的整数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴维·R·威尔森，
申请(专利权)人：陶氏环球技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US