[發明專利]經過改良的可充電電池及其生產

在審

• 申請號: 201980065587.5
• 申請日: 2019-10-04
• 公開（公告）號: CN113169325A
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: A·科瓦奇;D·布朗
• 申請（專利權）人: 博比特電池有限公司
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/58;H01M4/583;H01M10/0567;H01M10/0568;H01M10/0569
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 劉依云;劉亭亭

本發明公開了一種電化學電池，其包含基于碳酸鹽：腈型溶劑混合物的電解液。電解液可包含堿鹽和/或至少一種聚合物添加劑。堿鹽陽離子可以是鋰陽離子和/或堿鹽陰離子可包含草酸硼酸基團。電解液可進一步包含一種或多種電解液添加劑，所述添加劑可以是SEI改良添加劑。陽極可包含碳。陽極可以是堿金屬陽極。本發明的工作電壓和能量密度性能與目前市場領先的電池單元的性能處于同一水平，因此這些公開的改良不會以犧牲電池性能為代價。使用本發明公開的電池電解液可以使先進鋰離子電池電極實現穩定循環，擴大工作溫度范圍，并通過使電解液比傳統的LiPF₆電解液鹽在碳酸鹽溶劑中的反應性和揮發性更低，從而提高電池的安全性。

技術領域

本發明涉及可充電電化學電池電芯。具體地說，本發明涉及電化學電池在成本、安全性和工作溫度范圍方面的改良。

背景技術

高性能低成本電池對許多應用都有利，例如：電動汽車或電網的儲能應用。目前，市場領先的電池技術是鋰離子電池技術。最先進的電池采用的是石墨基陽極、金屬氧化物陰極和有機電解液。在商業上，優選的陰極配方是基于鎳鈷錳氧化物(NCM)的配方。然而，由于鈷的年供應量有限，使這種陰極配方的發展前景受到了阻礙，這也是電池產量預期未來增長的一個已知的瓶頸。在商業上，優選的電解液配方是基于碳酸鹽溶劑與LiPF₆電解液鹽的混合物。然而，這些溶劑的可燃性較高，存在著安全隱患，每年都會引起大量電池火災事故。此外，LiPF₆電解液鹽的化學穩定性較低，限制了電池的工作溫度范圍，使得必須對電池組進行復雜而昂貴的熱管理。為了改進電池的工作溫度范圍，我們應將化學穩定性較低的LiPF₆電解液鹽換成更穩定的電解液鹽，這樣至少可以獲得類似的電解液電導率。

本發明的目的是利用最先進的電池電芯來解決上述問題。本發明的工作電壓和能量密度性能與目前市場領先的電池電芯的性能處于同一水平，因此這些公開的改良并不會以犧牲電池性能為代價。本發明公開的電池電解液的效用源自于三個方面：i)使先進的鋰離子電池電極可以穩定循環；ii)可擴大鋰離子電池的工作溫度范圍；iii)通過使電解液比傳統的LiPF₆電解液鹽在碳酸鹽溶劑中的反應性和揮發性更低，從而提高電池的安全性。因此，本發明有利于工業和商業。

發明內容

本發明公開了一種經過改良的用于電化學電池的電解液配方。所述電解液可包含基于碳酸鹽：腈型溶劑混合物的電解液。電解液可包含堿鹽。電解液可包含一種或多種聚合物添加劑。堿鹽陽離子可以是鋰陽離子。堿鹽陰離子可包含草酸硼酸基團。堿鹽可以是二氟(草酸)硼酸鋰(LiDFOB)。電解液可包含一種或多種電解液添加劑。電解液添加劑可以是SEI改良添加劑。腈型溶劑可包含丙二腈(MLN)。腈型溶劑可包含丁二腈(SCN)。腈型溶劑可以是丁二腈(SCN)。腈型溶劑可包含MLN和SCN的混合物。碳酸鹽型溶劑可以是碳酸二甲酯(DMC)。電解液添加劑可以是氟代碳酸乙烯酯(FEC)。聚合物添加劑可以是聚(甲基乙烯基醚-丙氨酸-馬來酸酐)。

所述電解液可用于電化學電芯中。電化學電芯還可以包含陰極和陽極。陰極可包含LiMn_xFe_1-xPO₄(LMFP或LFMP)、磷酸鐵鋰(LFP)、鋰鈷氧化物(LCO)、鋰錳氧化物(LMO)和/或鋰鎳錳鈷氧化物(NMC)。陽極可包含碳、鈦酸鋰(LTO)、錫/鈷合金和/或硅/碳。碳可以是石墨和/或硬碳。陽極可包含金屬堿金屬。金屬堿金屬可以是金屬鋰。電化學電芯可用于裝置中。

表1總結了本發明公開的電解液配方的益處。同時獲得這些益處對于電池生產非常有利，并且發現這樣的電解液配方非常具有挑戰性。與目前可行的鋰離子電池的能量密度相比，由于所公開的電解液配方能夠同時支持先進陰極材料(例如：LMFP)以及基于金屬堿金屬的陽極(例如：金屬鋰基陽極)的穩定循環，因此使改良的電芯級能量密度變得可行。

表1：本發明所公開的電解液配方所能帶來的益處匯總

附圖說明