[发明专利]用于电池组用电解质的阻燃剂

说明书

本发明属于可用于电池组如锂离子电池组的电解质中的阻燃剂领域。

电池组，尤其是锂离子电池组，当前为用于移动应用如便携式电子器 件、电动工具或电动车的最有前景的储能方式。电池组通常包括包含有机 溶剂的电解质。这些溶剂倾向于可燃，因而电池组可能存在安全危险。

US6210840B1公开了一种含有烷氧基膦酸烷基酯的阻燃电解质溶液。

US6096447公开了用于碱金属电化学电池中的非水电解质的膦酸酯添 加剂。

JP2013/152825公开了作为电解质添加剂抑制电解质在高温下分解的 膦酸酯添加剂，其中膦酸酯占该电解质组合物的小于1.5重量％。

US6200701B1公开了作为电化学电池用SEI添加剂的膦酸酯，其中膦酸 酯以非常少的量使用。

本发明的目的是要提供一种具有降低的可燃性的电解质组合物。此外， 本发明的目的在于提供一种赋予电池组以良好的电化学性能，如可逆容量 高和重复循环时容量降低低的电解质组合物。本发明的另一目的是提供一 种尽管具有低阻燃剂含量但快速自熄的电解质组合物。

这些目的可由一种电解质组合物实现，其包含：

a)占该电解质组合物的至少3重量％的至少一种通用结构(I)的化合物：

其中R¹和R²相互独立地为甲基、乙基、正丙基或正丁基，以及

b)至少一种形成阳极膜的添加剂。

本发明还涉及通用结构(I)的化合物在电解质组合物中作为阻燃剂的用 途。

本发明还涉及一种包含本发明电解质组合物的电池组。

本发明的优选实施方案可以在说明书和权利要求书中找到。不同实施 方案的组合落入本发明的范围内。

电解质组合物通常为一种具有高离子传导性的物质或混合物。电解质 组合物通常在室温下显示出至少10^-5S/cm^-2，优选至少10^-4S/cm^-2，更优选至 少10^-3S/cm^-2的离子传导性。

根据本发明，该电解质组合物含有至少一种通用结构(I)的化合物。这 些化合物包括亚磷酸二甲酯、亚磷酸乙基·甲基酯、亚磷酸甲基·正丙基酯、 亚磷酸正丁基·甲基酯、亚磷酸二乙酯、亚磷酸乙基·正丙基酯、亚磷酸乙 基·正丁基酯、亚磷酸二正丙基酯、亚磷酸正丁基·正丙基酯或亚磷酸二正 丁基酯。

在至少一种通用结构(I)的化合物存在下，可燃性比没有它时要低得多。 电解质组合物的可燃性通常通过测量自熄时间(SET)而测定。该值可通过将 电解质浸泡到不燃性载体如玻璃纤维过滤器中而测量。在例如通过点火器 将如此浸泡的载体点燃之后，记录直到火焰在没有外部影响下停止燃烧的 时间。将该时间除以已经浸泡到该载体中的该电解质组合物的重量，得到 SET，其通常以秒/克(s/g)记录。该值越小，则电解质组合物的可燃性越低。 为了得到可再现的SET值，优选将浸泡的载体保持在具有受控空气流的地 方，例如具有610-660m³/h空气流的气罩中。优选该浸泡的载体由顶部敞开 的玻璃箱围绕，以将浸泡的载体周围的湍流或气流变化降至最小。该箱的 尺寸应足够大，以避免壁对燃烧过程的直接影响，例如宽度为60cm，深度 为40cm且高度为100cm。当该电解质组合物含有至少一种通式(I)的化合物 时，SET值通常可测量地降低。与没有通式(I)的化合物的电解质组合物相 比，它们通常降低超过50％。

优选通式(I)的化合物在该电解质组合物中的蒸气压高。这样在火灾的 情况下确保高浓度的通式(I)的化合物存在于气相中，从而有效作用于燃烧 过程。因此，优选通式(I)中的R¹和R²总共含有不超过4个碳原子。还优选 R¹和R²独立地为甲基或乙基。更优选R¹和R²均为甲基。此时，该至少一种 通式(I)的化合物为亚磷酸二甲酯。