[發(fā)明專利]用于鋰電池的極性聚硅氧烷電解質(zhì)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201780089708.0
• 申請日: 2017-03-24
• 公開（公告）號: CN110997684B
• 公開（公告）日: 2023-02-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 庫蘭戴維路·斯瓦南丹;哈尼·巴薩姆·埃陶尼
• 申請（專利權(quán)）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: C07F7/08
• 分類號: C07F7/08;H01B1/12;H01G9/022;H01M10/0525
• 代理公司: 北京鴻德海業(yè)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11412
• 代理人: 王再芊

本發(fā)明描述了基于極性聚硅氧烷聚合物的新型聚合物電解質(zhì)的合成和電化學(xué)性能。與環(huán)氧乙烷類聚合物不同，這些材料在高達至少4.2V的電壓下具有氧化穩(wěn)定性，4.2V的電壓是使用諸如鋰鎳鈷鋁氧化物(NCA)和鋰鎳鈷錳氧化物(NCM)之類的陰極材料的高能電池的工作電壓。本發(fā)明還描述了在固態(tài)鋰電池中使用這些聚合物電解質(zhì)替代PEO的應(yīng)用。

發(fā)明人：庫蘭戴維路·斯瓦南丹、哈尼·巴薩姆·埃陶尼

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明總體涉及用于鋰電池單元的電解質(zhì)，并且更具體地，涉及特別適用于高電壓單電池的電解質(zhì)。

【背景技術(shù)】

越來越多的鋰電池制造商正在使用下一代陰極材料，例如NCA(鋰鎳鈷鋁氧化物)和NCM(鋰鎳鈷錳氧化物)，以利用其潛在的高重量能量密度(potentially highgravimetric energy densities)(高達300-500Wh/kg)，良好的倍率容量(ratecapabilities)和長期穩(wěn)定性。用這種氧化物材料制成的單電池通常在比具有諸如LFP(磷酸鐵鋰)的橄欖石陰極材料的電池(例如3.6-3.8V)更高的電壓(例如，高達4.5V)下操作。在LFP單電池的較低電壓下穩(wěn)定的電解質(zhì)可能在較高電壓下難以操作。已知常規(guī)固態(tài)鋰電池中普遍使用的聚環(huán)氧乙烷(PEO)類電解質(zhì)僅在較低電壓(例如，低于4.0V)下穩(wěn)定，并且可能難以在這些新的較高電壓下，尤其是在陰極中運行。氧化形式的降解(Degradation)可能導(dǎo)致單電池壽命早期的容量衰減。

因此，需要開發(fā)非PEO類的、非常適合在下一代陰極材料的高電壓(HV)條件下運行的聚合物電解質(zhì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

在本發(fā)明的一個實施例中，聚合物組合物包括具有以下結(jié)構(gòu)的均聚物：

其中，每個X獨立地選自由砜、氰基甲基酯、亞砜、吡咯烷酮、環(huán)狀氨基甲酸酯、膦酸酯、磷酸酯、碳酸酯和全氟烷基組成的組；每個R獨立地選自由甲基、乙基、正丙基、異丙基、叔丁基、正丁基、正己基、2-乙基己基、環(huán)己基、乙烯基、烯丙基、炔丙基、降冰片烯、環(huán)戊二烯基、氮氧化物、溴代異丁酰溴、2,2,6,6-四甲基-1-哌啶氧基、N-叔丁基-N-(2-甲基-1-苯基丙基)-O-(1-苯基乙基)羥胺(hudroxylamine)、氫化物、疊氮基丙基、巰基丙基、二苯甲酮、氨基丙基、苯基、芐基、萘基、蒽基、苯乙烯基、酰化物、降冰片烯、環(huán)氧基團，以及苯基、芐基、萘基、蒽基、苯乙烯基、酰化物、降冰片烯、環(huán)氧基團的被取代部分組成的組，其中，所述被取代部分的取代基為甲基、乙基、丙基、正丁基或叔丁基；z為2至1000的整數(shù)。

在本發(fā)明的另一實施例中，聚合物組合物包括具有以下結(jié)構(gòu)的共聚物：

其中，每個X獨立地選自由氰基、砜、亞砜、氰基甲基酯、吡咯烷酮、環(huán)狀氨基甲酸酯、膦酸酯、磷酸酯、碳酸酯和全氟烷基組成的組；每個R獨立地選自由甲基、乙基、正丙基、異丙基、叔丁基、正丁基、正己基、2-乙基己基、環(huán)己基、乙烯基、烯丙基、炔丙基、降冰片烯、環(huán)戊二烯基、氮氧化物、溴代異丁酰溴、2,2,6,6-四甲基-1-哌啶氧基、N-叔丁基-N-(2-甲基-1-苯基丙基)-O-(1-苯基乙基)羥胺、氫化物、疊氮基丙基、巰基丙基、二苯甲酮、氨基丙基、苯基、芐基、萘基、蒽基、苯乙烯基、酰化物、降冰片烯、環(huán)氧基團，以及苯基、芐基、萘基、蒽基、苯乙烯基、酰化物、降冰片烯和環(huán)氧基團的被取代部分組成的組，其中，所述被取代部分的取代基為甲基、乙基、丙基、正丁基或叔丁基；m和n為整數(shù)，并且m和n之和為2至1000。

可以將電解質(zhì)鹽添加至以上所示的聚合物或共聚物中，以使其可用作電解質(zhì)材料。有用的鹽的例子在下文列出。在一種布置中，所述電解質(zhì)鹽是鋰鹽。