[發明專利]用于高能陰極材料的電解質溶液及其使用方法

有效

• 申請號: 201610023978.9
• 申請日: 2016-01-14
• 公開（公告）號: CN105680087B
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發明（設計）人: 程崗;李斌;史蒂文·凱
• 申請（專利權）人: 野貓技術開發公司
• 主分類號: H01M10/0525
• 分類號: H01M10/0525;H01M10/0567
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 李新紅

本發明描述的是用于電解質的材料，其在用于蓄電池內時提供許多適宜的特性，例如在蓄電池循環到高溫期間的高穩定性、高電壓、高放電容量、高庫倫效率以及若干充電放電循環之后放電電容和庫倫效率的優異保持率。在一些實施方案中，高壓電解質包含基礎電解質和添加劑化合物。

技術領域

本發明涉及蓄電池(battery)技術領域，更具體地，涉及與電化學電池中高能電極一起使用的添加劑化合物的領域。

背景技術

電解質用于傳遞離子和抑制蓄電池中電極之間的電接觸。有機碳酸鹽系電解質是鋰離子(“Li-離子”)蓄電池中最常用的電解質，并且近年來，業已努力發展了新的基于砜、硅烷和腈的電解質類型。不幸的是，這些傳統電解質典型地不能在高電壓下運行，因為它們在高于4.3V或其它高電壓下是不穩定的。高電壓下，傳統電解質能夠分解，例如，通過在陰極材料的存在下催化氧化分解而產生不適宜的影響蓄電池性能和安全的產物。當電池充電時，通過電極的還原，傳統電解質可能會退化。

如下面更詳細描述的那樣，溶劑、鹽或添加劑已經被結合到電解質中而分解形成所謂的固體電解質界面(SEI)的保護膜。取決于精確的化學體系，這種保護膜可以由有機或無機鋰鹽、有機分子、低聚物或聚合物構成。通常，所述電解質的若干種組分涉及SEI(例如，鋰鹽、溶劑和添加劑)的形成。結果，取決于不同組分的分解速率，所述SEI可以更均質或更不均質。

在過去的研究中，已經報道了包含比如烯烴、呋喃、噻吩和吡咯之類的可聚合官能基團的有機化合物形成了鋰離子蓄電池陰極上的SEI。參見例如Y.-S.Lee等人的Journalof Power Sources 196(2011)6997-7001。這些添加劑在電池充電過程中可能經過聚合反應而在電極上形成鈍化膜。使用這些材料對電池性能的提高是很弱的。

進一步地，特定的有機聚合物也已經被用作鋰離子蓄電池的主體(bulk)電解質溶劑，原因在于與例如有機碳酸鹽之類的較小有機分子相比，聚合物基溶劑的化學穩定性通常更高。然而，由于不良的離子導電率，這樣的體系的實際應用受到限制。

對于高能陰極材料，電解質的穩定性仍然是挑戰性的。最近，對于用于電源的更高性能和高容量鋰離子次級蓄電池的需求顯著地增加。鋰過渡金屬氧化物，例如LiCoO₂(“LCO”)和LiNi_0.33Mn_0.33Co_0.33O₂(“NMC”)是用在商業化蓄電池中的現有的高能陰極材料。但僅有約50％的LCO或NMC陰極理論容量可以用于穩定的循環壽命。為了得到更高的容量，需要在更高的電壓下，例如高達約4.7V的電壓，運行含有這些高能材料的蓄電池。然而，約在4.3V之上，傳統電解質退化，并且這導致明顯的循環壽命的退化。進一步地，所述電解質在更高的電壓下的分解可以產生氣體(例如CO₂、O₂、乙烯、H₂)和酸性物質，這兩者會損壞蓄電池。

如本文所公開的，包含能夠在高電壓(至少約4.3V)下與碳基陽極一起工作的陰極活性材料的高能鋰離子次級蓄電池中存在這些挑戰以及其他挑戰。

發明內容

某些實施方案涉及包括陽極、陰極和電解質的蓄電池，所述電解質包括鋰鹽、非水性溶劑以及聚合物添加劑化合物或共聚物添加劑化合物。陰極材料可以是LCO材料。聚合物或共聚物可以包括至少一個腈、酰胺、或酯基團。

某些實施方案包括制造、使用和調試所使用蓄電池的方法。尤其是，所述方法包括在高電壓下使用蓄電池。

還預期了本發明的其他方面和實施方案。前述總結和下面的詳細描述不意味著將本發明限制到任何特定的實施方案，而僅僅是描述本發明的一些實施方案。

附圖說明

圖1所示為根據本發明的一個實施方案完成的鋰離子蓄電池。