非水電解液電池制造技術

本發明專利技術提供一種非水電解液電池，該非水電解液電池在電池的使用環境中，阻燃劑對電池特性的影響顯著減小，在電池異常發熱時對非水電解液賦予阻燃性，由此具有高安全性和穩定的電池特性。將大量的阻燃劑顆粒作為阻燃劑添加至非水電解液（9）中，形成非水電解液電池（1）。阻燃劑顆粒由如下材料形成：在非水電解液（9）的溫度為非水電解液開始燃燒的可能性變高的基準溫度以下時以固體存在，不發揮燃燒抑制作用，當非水電解液（9）的溫度超過基準溫度時，至少一部分液化，發揮燃燒抑制作用。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及在非水電解液(非水電解質)中添加有阻燃劑的非水電解液電池。
技術介紹
鋰離子二次電池等使用非水電解液的非水電解液電池因為在施加高電壓時能量密度高、能夠實現小型化、輕量化，所以以個人電腦和移動電話等信息終端等的電源為中心被廣泛地普及。作為非水電解液電池中使用的非水電解液，使用將LiPF6等支持鹽溶解于酯化合物和醚化合物等非質子性有機溶劑而得到的溶液。但是，因為非質子性有機溶劑具有可燃性，所以存在在電池異常發熱時電池起火或膨脹等問題。因此，在這樣的非水電解液的領域中，存在抑制電池的起火或破裂、制造安全性高的非水電解液電池的要求。此外，最近將非水電解液電池擴大至儲存電力用電源和電動汽車用電源等大型機器的電源用途的研究正在取得進步。因此，在這樣的大型機器的電源用途中也需要抑制電池的起火或破裂，提供安全性高的非水電解液電池。在專利文獻I 5中，作為提高非水電解液電池的安全性的技術，公開有通過在非水電解液中添加阻燃材料來抑制電池的起火或破裂的技術。在這些技術中，均使用磷腈化合物作為阻燃劑。現有技術文獻專利文獻專利文獻1:日本特開平6-13108號公報專利文獻2:日本特開平11-144757號公報專利文獻3:日本特開2000-30740號公報專利文獻4:日本特開2001-23687號公報專利文獻5:日本特開2000-173619號公報
技術實現思路
專利技術所要解決的課題但是，在現有的非水電解液電池中使用的磷腈化合物具有為了使非水電解液具有高的阻燃性而含有大量鹵素(特別是氟)的化學結構。因此，這些磷腈化合物在其化學結構上均沸點低，在常溫下為液體。如專利文獻I 4所公開的技術那樣，當在常溫下作為非水電解液的阻燃劑添加液體的磷腈化合物時，在常溫下阻燃劑溶解或分散于非水電解液電池中，非水電解液的粘度增加，離子傳導性降低。其結果是，存在如下問題:電池內部溫度沒有上升時的電池特性(高電壓性能、高放電容量、大電流放電性能等)下降。此外，當發生電池內部溫度上升時,存在如下問題:液體的阻燃劑從非水電解液揮發，非水電解液中所存在的阻燃劑的量減少，對非水電解液的阻燃效果下降。此外，如專利文獻5所公開的技術那樣，當以由磷腈單體形成的阻燃劑覆蓋負極表面時，存在液體的磷腈化合物在溫度上升時氣化的問題，而且存在因形成于負極表面的阻燃劑的膜而造成離子透過性變差，電池的內部電阻增大，電池特性下降的問題。本專利技術的目的在于提供一種能夠不使電池特性下降而防止電池的起火或破裂的非水電解液電池。本專利技術的另一目的在于提供一種能夠在電池異常發熱時可靠地對非水電解液發揮阻燃性的非水電解液電池。本專利技術的另一目的在于提供一種能夠將對非水電解液阻燃的足夠量的阻燃劑添加在非水電解液的非水電解液電池。用于解決課題的方法本專利技術以在非水電解液中添加有阻燃劑的非水電解液電池為改良的對象，該阻燃劑抑制非水電解液由于電池內部的溫度上升而發生的起火(combustion)。本專利技術的非水電解液電池中，在非水電解液中添加有大量的阻燃劑顆粒作為阻燃劑。該阻燃劑顆粒是將如下的材料顆粒化而得到的:該材料在非水電解液的溫度為非水電解液發生起火的可能性變高的基準溫度以下時以固體存在，不發揮燃燒抑制作用，當非水電解液的溫度超過基準溫度時，至少一部分液化，發揮燃燒抑制作用。即，本專利技術中使用的阻燃劑顆粒在電池正常時(不需要發揮抑制非水電解液起火的作用的情況下)，能夠在非水電解液中以固體存在，在電池異常發熱時(需要發揮抑制非水電解液起火的作用的情況下)，在非水電解液中至少一部分以液體存在。根據本專利技術，在電池內部溫度上升少的正常時，由于固體的阻燃劑顆粒不溶解(或分散)于非水電解液電池中，在電池的正常時或使用環境時，非水電解液的粘度不變高，不產生電池特性下降的問題。當電池內部的溫度上升至非水電解液發生起火的程度時，阻燃劑顆粒的全部或一部分成為液體，溶解(或分散)于非水電解液電池中，因此在電池異常發熱時發揮抑制非水電解液起火的作用。此外，在本專利技術中，僅一部分阻燃劑顆粒因電池內部溫度上升而液化(未液化的阻燃劑顆粒以固體存在于非水電解液中)，因此，不會發生全部阻燃劑在液化之后立即從非水電解液中揮發(或氣化)的情況。因此，在電池異常發熱時，能夠使非水電解液電池中存在用于抑制非水電解液電池起火所需量的阻燃劑。本專利技術中使用的阻燃劑顆粒優選使用在非水電解液電池的內部溫度為90°C以下時以固體存在于非水電解液中的阻燃劑顆粒。這是因為并不使用在90°C以下發生起火的非水電解液。此外，作為阻燃劑顆粒，優選使用具有90 120°C的范圍的熔點的阻燃劑顆粒。通常使用的非水電解液的熱分解溫度為高于120°C的150°C左右。因此，只要阻燃劑顆粒的熔點為90 120°C，在非水電解液的溫度達到熱分解溫度之前，大量的阻燃劑顆粒就會液化，成為發揮起火抑制作用的狀態。作為阻燃劑顆粒，優選使用磷腈化合物的顆粒。磷腈化合物從其結構上具有捕獲(trap)非水電解液內的氧(例如，在電池異常發熱時在正極釋放的氧自由基)的性質。如果利用該性質，就能夠通過在非水電解液中添加磷腈化合物的顆粒來抑制電池的熱失控反應。作為適合在本專利技術中使用的磷腈化合物，能夠使用下述通式(I )所示的環狀磷腈化合物。(NPR2)n......(I)其中，作為上述通式(I )所示的環狀磷腈化合物，優選使用η為3或4的整數、R各自獨立地為鹵素、烷氧基、芳氧基或氨基而構成的環狀磷腈化合物。作為上述通式(I )所示的環狀磷腈化合物，例如能夠使用η為3的整數且R中4個為氯基、其余的2個為氨甲基的環狀磷腈化合物。此外，作為上述通式(I )所示的其它環狀磷腈化合物，例如能夠使用η為3的整數且R全部為苯氧基的環狀磷腈化合物。如果使用這樣的磷腈化合物，則在非水電解液電池的內部溫度為90°C以下時，磷腈化合物的顆粒不易溶解(或分散)于非水電解液電池中，在非水電解液電池的內部溫度超過90°C時，磷腈化合物的顆粒的至少一部分能夠液化而溶解(或分散)于非水電解液中。在使用上述的磷腈化合物的情況下，優選相對于非水電解液100重量％添加3.5%重量％以上的磷腈化合物顆粒。磷腈化合物的添加量如果相對于非水電解液100重量％不到3.5重量％，則不能充分地抑制非水電解液的燃燒。另外，磷腈化合物的添加量的上限根據所需的電池的特性和價格確定。如果考慮磷腈化合物(阻燃劑)的添加所帶來的非水電解液的阻燃性能的提高與電池的制造成本，則優選磷腈化合物的添加量相對于非水電解液100重量%不到14.0重量％。此外，磷腈化合物的顆粒優選使用具有20 μ m以下的平均粒徑的顆粒。平均粒徑為20μπι以下的磷腈化合物在非水電解液電池的內部溫度上升時從固體向液體轉變的速度(液化速度)變快。與磷腈化合物(阻燃劑)的液化加速相應，進而，液化后的磷腈化合物(阻燃劑)溶解或分散在非水電解液中的速度也變快。其結果是，能夠與非水電解液電池的內部溫度的上升相應地發揮抑制非水電解液起火的作用。另外，平均粒徑超過20 μ m的磷腈化合物在非水電解液電池的內部溫度上升時從固體向液體轉變的速度(液化速度)變慢。另外，磷腈化合物的顆粒的平均粒徑的下限值并無特別限定。但是現狀是，實際上難以制造平均粒徑不到5 μ m的磷腈化合物的顆粒，因此磷腈化合本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.09.06 JP 2010-1990361.一種非水電解液電池，其在非水電解液中添加有抑制所述非水電解液由于溫度上升而發生起火的阻燃劑，該非水電解液電池的特征在于: 在所述非水電解液中添加有大量的阻燃劑顆粒作為所述阻燃劑，該大量的阻燃劑顆粒由如下材料形成:在所述非水電解液的溫度為所述非水電解液發生起火的可能性變高的基準溫度以下時以固體存在，不發揮起火抑制作用，當所述非水電解液的溫度超過所述基準溫度時，至少一部分液化，發揮所述起火抑制作用。2.如權利要求1所述的非水電解液電池，其特征在于: 所述阻燃劑顆粒在所述非水電解液電池的內部溫度為90°C以下時以固體存在于所述非水電解液中。3.如權利要求2所述的非水電解液電池，其特征在于: 所述阻燃劑顆粒的熔點為90 120°C的范圍。4.如權利要求2所述的非水電解液電池，其特征在于:...

【專利技術屬性】
技術研發人員：辻川知伸，荒川正泰，西山洋生，愛知且英，
申請(專利權)人：新神戶電機株式會社，
類型：
國別省市：