[發(fā)明專利]用于鈦酸鋰電極、石墨電極和鋰離子電池低溫運行的電解液

在審

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• 申請日: 2020-02-06
• 公開（公告）號: CN111540949A
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 樸鐘孫;德岡沙織;卡林·馬加茲;托馬斯·格·埃斯特勒
• 申請（專利權(quán)）人: 帥福得美國有限公司
• 主分類號: H01M10/0566
• 分類號: H01M10/0566;H01M10/0567;H01M10/0568;H01M10/42;H01M10/0525
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 張敏

提供了一種用于鈦酸鋰電極、石墨電極和鋰離子電池的低溫運行的電解液以及使用該電解液的電極和電池。所述電解液包含1～30vol％的分子量小于105g/mol的低分子量酯和至少一種非氟代碳酸酯。電解液添加劑可以包括0.1～10wt％的氟代碳酸乙烯酯，特別是當與石墨陽極一起使用時。另一種電解液包含至少70vol％的高含量的低分子量酯。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于鈦酸鋰電極、石墨電極和鋰離子電池的低溫運行的電解液，以及使用該電解液的電極和電池。

背景技術(shù)

在常規(guī)的鋰離子電池電解液中，通常僅使用碳酸酯溶劑。但是，這樣的電解液不適合在低溫環(huán)境如-40℃下使用。這主要是因為在-40℃下，電解液會凍結(jié)或顯示出非常低的Li離子電導(dǎo)率。

低分子量酯，例如，EA(乙酸乙酯)、MP(丙酸甲酯)、EP(丙酸乙酯)和MB(丁酸甲酯)，在低溫下比碳酸酯具有更高的電導(dǎo)率。但是，這些低分子量酯的高溫穩(wěn)定性遠不如碳酸酯。由此導(dǎo)致，在高溫下，當使用低分子量酯時，可能發(fā)生阻抗增長和放出氣體。

專利號為6,692,874的美國專利涉及一種在低溫下具有改善的性能的電解液。該電解液包括特定的添加劑，即4-甲氧甲酰基甲基-1，3-二氧戊環(huán)-2-酮(4-carbomethoxymethyl 1,3-dioxan-2-one)或4-乙氧甲?；谆?1，3-二氧戊環(huán)-2-酮(4-carboethoxymethyl 1,3-dioxan-2-one)。候選溶劑包括選自碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸丁烯酯(BC)、碳酸亞乙烯酯(VC)、碳酸二乙酯(diethylene carbonate，DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、γ-丁內(nèi)酯、環(huán)丁砜、乙酸甲酯(MA)、丙酸甲酯(MP)和甲酸甲酯(MF)的酯和碳酸酯。但是，專利號為6,692,874的美國專利沒有公開該電解液提供高溫性能，如在60℃下的高溫性能。

CN104752768旨在通過在電解液中計入多種添加劑來改善基于鈦酸鋰(LTO)的電池的高溫穩(wěn)定性。即，CN104752768提供了一種包括1.5～3.5％的碳酸二甲酯、0.05～0.25％的碳酸乙烯酯、0.15～0.35％的LiBOB、0.1～0.45％的碳酸亞乙烯酯、0.07～0.35％的冠醚、0.04～0.06％的LiF、0.05～0.065％的一氟代碳酸乙烯酯、0.05～0.25％的環(huán)己基苯、0.1～0.45％的聯(lián)苯和0.1～0.45％的1,3-丙烷磺酸內(nèi)酯的電解液。然而，CN104752768未提及電池的低溫性能。

CN102544584涉及通過在電解液中添加特定類型的鹽來改善LTO系統(tǒng)的高溫和低溫性能。具體地，CN102544584教導(dǎo)了一種包括含氟磺酰亞胺鋰鹽的非水電解質(zhì)溶液。然而，CN102544584中的溶劑僅是基于碳酸酯的有機溶劑和/或醚有機溶劑。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上問題，完成了本發(fā)明。發(fā)明人出乎意料地發(fā)現(xiàn)，包括非氟代碳酸酯(non-fluorinated carbonate)和相對于溶劑總體積的1～30vol％的低分子量酯的溶劑在-40℃的低溫下和60℃的高溫下均能夠?qū)崿F(xiàn)非常好的性能。此外，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在溶劑中添加氟代碳酸乙烯酯(FEC)能夠降低低溫阻抗，特別是當與石墨陽極一起使用時。

此外，本發(fā)明的優(yōu)選實施例解決了鹽組成和濃度對低溫性能的影響。即，先前已經(jīng)知曉，具有高離子電導(dǎo)率的電解液因兩個電極之間的低電阻顯示出更好的低溫性能。但是，高鹽濃度的電解液可能會遇到一些問題，例如，對傳輸性能產(chǎn)生負面影響的增加的聚集以及增加的過電位。與一般觀念相反，目前發(fā)現(xiàn)具有位于溶解度極限內(nèi)的高鹽濃度的電解液在低溫脈沖試驗中顯示出低的過電位。這說明電極/電解液界面附近的可用鋰離子在低溫下起著重要作用，而高鹽濃度的電解液具有增強的電荷轉(zhuǎn)移動力學(xué)。

附圖說明

本文所包含的任何附圖僅是示例性而非限制性的。

圖1為示出示例6-9中電池對脈沖響應(yīng)的曲線圖；