[發(fā)明專利]含(2,2?二氟乙基)乙基碳酸酯的鋰電池電解質(zhì)溶液

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201580026420.X
• 申請(qǐng)日: 2015-05-15
• 公開（公告）號(hào): CN106663801A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汪琳;D·A·布魯納;R·B·尚卡爾;M·M·榮凱
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 陶氏環(huán)球技術(shù)有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): H01M4/52
• 分類號(hào): H01M4/52;H01M10/052;H01M10/0569
• 代理公司: 北京市金杜律師事務(wù)所11256
• 代理人: 吳亦華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于鋰電池的非水電解質(zhì)溶液。

背景技術(shù)

鋰電池廣泛用作車輛和許多類型的電子設(shè)備的一次和二次電池。這些電池傾向于具有高能量密度和功率密度并且因?yàn)樵撛蚨谠S多應(yīng)用中受歡迎。

原則上，通過增加電池工作電壓可增加電池的能量和功率密度。為此目的，已經(jīng)開發(fā)具有4.5V或更高(相較于Li/Li⁺)的工作電勢(shì)的正極材料。

在鋰電池中的電解質(zhì)溶液必然地為非水性類型的。非水電解質(zhì)溶液通常為鋰鹽在有機(jī)溶劑或有機(jī)溶劑混合物中的高介電常數(shù)溶液。

電解質(zhì)溶液的一項(xiàng)重要屬性是，其必須于初始電池充電循環(huán)期間在負(fù)極上形成穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面(SEI)層。該SEI層用于保護(hù)負(fù)極免于與電解質(zhì)溶液的另外不必要反應(yīng)且因?yàn)樵撛蛟揝EI層對(duì)于電池的性能至關(guān)重要。如果沒有SEI層形成或如果SEI層并不致密或不穩(wěn)定，則電池不佳地工作(如果其工作的話)。

SEI形成涉及電解質(zhì)溶液的多種組分的復(fù)雜電化學(xué)反應(yīng)。這些反應(yīng)未被全部理解并根據(jù)電解質(zhì)溶液包含的特定材料而變化。負(fù)極和正極電壓也起到作用。因?yàn)榉磻?yīng)如此復(fù)雜，所以非常難以預(yù)測(cè)特定溶劑候選物將多大程度上形成SEI層。實(shí)際上，在SEI形成方面，即使不同溶劑在化學(xué)性質(zhì)上非常相似時(shí)，它們表現(xiàn)也非常不同。例如，碳酸酯常用作電解質(zhì)溶劑。在這些溶劑中，在一些工作電勢(shì)下碳酸亞乙酯是相對(duì)良好的SEI成形劑，但其它碳酸酯卻不是如此。

有時(shí)添加劑被添加至基于碳酸酯的電解質(zhì)溶液以增強(qiáng)SEI形成。一系列化合物已被嘗試作為在基于碳酸酯的溶劑體系中的SEI-促進(jìn)添加劑，它們的成功程度不同。它們性能往往極大地取決于存在于電解質(zhì)溶液中的其它材料。許多SEI-促進(jìn)添加劑在特定溶劑體系中很好地起作用而在其它溶劑中不充分起作用。

因?yàn)檫@些原因，非常難以預(yù)測(cè)特定電解質(zhì)溶液將在多大程度上形成有效SEI層。

在SEI層形成后，重要的是，在電池工作條件下溶液盡可能化學(xué)、電及熱穩(wěn)定。如果電解質(zhì)溶液降解，那么電池的容量將隨時(shí)間降低。對(duì)所謂的“二次”電池(其被被設(shè)計(jì)成在其壽命期間多次再充電)，容量的這種損失變成深切的關(guān)注點(diǎn)。這在每個(gè)連續(xù)放電循環(huán)期間限制電池的性能并減少電池可充電及放電的次數(shù)。結(jié)果是電池壽命的顯著降低。

因此，電池電解質(zhì)溶液必須能夠首先在負(fù)極反應(yīng)來形成穩(wěn)定SEI層，并且其后反應(yīng)盡可能少，如此電池性能最大化。

電解質(zhì)穩(wěn)定性的問題隨著正極的工作電勢(shì)增加而變得更明顯，因?yàn)樵谳^高電壓下越來越少的材料為電化學(xué)穩(wěn)定的。當(dāng)工作電勢(shì)小于3伏特時(shí)，存在相對(duì)大量的可用電池電解質(zhì)溶劑。隨著開發(fā)較新正極材料，工作電勢(shì)已提高至超過4伏特(相對(duì)于Li/Li⁺)。在這些電勢(shì)下，電解質(zhì)溶劑中的許多種不能使用，因?yàn)樗鼈冸娀瘜W(xué)地降解。更為較新的正極材料(如富鋰及分層類)具有4.5伏特或更高(相較于Li/Li⁺)的工作電勢(shì)。在這些電勢(shì)下，非常難以尋找既形成良好SEI層并具有良好循環(huán)穩(wěn)定性的電池電解質(zhì)溶液。在這些電勢(shì)下甚至碳酸亞乙酯也容易降解。

發(fā)明內(nèi)容

在一個(gè)方面中，本發(fā)明為電池電解質(zhì)溶液，其包含溶解于非水溶劑相中的至少一種鋰鹽，其中至少10重量％的非水溶劑相為(2,2-二氟乙基)乙基碳酸酯。

本發(fā)明此外為電學(xué)電池，其包含負(fù)極、正極、設(shè)置于負(fù)極和正極之間的隔板、以及接觸負(fù)極和正極的非水電池電解質(zhì)溶液，其中電池電解質(zhì)溶液包含溶解于非水溶劑中的至少一種鋰鹽，其中鋰鹽為可溶的，其中非水溶劑相總重量的至少10％為(2,2-二氟乙基)乙基碳酸酯。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的電解質(zhì)溶液已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)在鋰電池中形成有效及穩(wěn)定的SEI層。根據(jù)本發(fā)明的鋰電池具有極良好能量和功率密度，以及優(yōu)異的倍率性能。本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)在于循環(huán)性能。在通過多次充放電循環(huán)之后本發(fā)明的電池保持顯著高比例的該電池初始容量。

本發(fā)明的電解質(zhì)溶液具有在電池中的具體優(yōu)點(diǎn)，在該電池中在電池正極中的至少一種正極材料具有相較于Li/Li⁺至少4.5V的工作電壓。因此，本發(fā)明的優(yōu)選電池具有含有此類正極材料的正極。